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材料的发展


  随着弹簧应用技术的发展,对弹簧材料提出了更高的要求。主要用于改善高应力下的疲劳寿命和抗松弛性能;其次,根据不同的用途要求具有耐腐蚀性,耐磨性,非磁性,导电性,耐热性等方面。因此,除了开发新的弹簧材料外,在严格控制化学成分,减少非金属杂质,改善表面质量和尺寸精度方面也取得了有益的成果。
 
  (1)弹簧钢生产技术的发展
 
  为了提高弹簧钢的质量,发达国家普遍采用了炉外精炼技术,连铸技术,新型轧制和在线自动检测控制设备。
 
  为了确保钢的化学成分并减少气体和各种非金属夹杂物的含量,使用大容量电炉或转炉进行冶炼,并在炉外精炼钢包以减少氧气含量(质量分数)(0.0021-0.0010)%。生产超纯钢,从而大大改善了弹簧的设计和工作应力。
 
  连铸技术已广泛应用于弹簧钢生产中。连续铸造可以减少钢的偏析,减少二次氧化,改善表面的脱碳,并使结构和性能稳定均匀。
 
  分体式连续轧机的使用可以提高尺寸精度,表面质量,甚至沿着钢的长度组织。在轧制过程中,为了确保产品的表面质量,使用了在线自动检测和控制。为了适应变截面弹簧扁钢的生产,开发了奥氏体轧制新技术,即将钢加热到奥氏体区,然后淬火到亚稳奥氏体区进行塑性加工和淬火。该过程可以在不降低塑性的情况下提高钢的强度。另外,通过在轧制后进行在线热处理和表面硬化处理可以改善弹簧钢的性能。
 
  2)合金钢的发展
 
  合金元素的主要功能是改善机械性能,改善工艺性能并赋予某些特殊性能。SiCr钢已被广泛用于气门弹簧和悬架弹簧。Si是抵抗应力松弛的最佳合金元素。在SiCr钢中添加V和Mo形成sicrv和sicrmo钢可以改善疲劳寿命和抗松弛性能。同时,SiCr拉拔钢丝在高温下比钢琴钢丝和重要的碳弹簧钢丝具有更好的抗松弛性能。随着发动机的快速小型化,具有良好的抗振颤性能,重量轻,弹性模量小的钛合金已被广泛使用,其强度可达到2000MPa。
 
  (3)低碳奥氏体钢的发展
 
  低碳奥氏体钢38simnb是在中国自主开发的新型高性能弹簧钢。在此基础上开发的38SiMnVBE具有更多的优势,高强度和韧性,高淬透性,高适用性和高性能比。在控制的超细晶粒轧制后,抗拉强度=(2030-2140)MPa,屈服强度=(900-2010)MPa,伸长率=(12-15)%,表面收缩率=(48-55)%。它以很少的零件和可变的截面为弹簧提供了高性能的材料。
 
  (4)不锈钢的开发
 
  中国是生产不锈钢的大国。随着不锈钢生产的发展,自然已经开发出许多品种,到目前为止,已经开发了50多种,基本满足了国内生产发展的需要。简要介绍了目前开发的一些新品种。
 
  1)奥氏体不锈钢体系的初步形成。为了消除碳元素引起的不锈钢晶界腐蚀疲劳,开发了0Cr18Ni9和00cr17ni2mo2。为了改善其特殊性能,可以添加Cu,Ti,Nb,Mn,Cr,Si和N。
 
  2)开发含氮不锈钢。在不锈钢中,已经用氮代替了碳。奥氏体不锈钢中有许多N和C的共同特征。N稳定化奥氏体的作用大于Ni的作用,后者等效于C的作用。N和Mn的结合可以替代更昂贵的Ni。
 
  N也是奥氏体中最有效的固溶强化元素之一。N和Cr之间的亲和力小于C和Cr之间的亲和力。在奥氏体钢中很少见到Cr2N的析出。因此,n可以在不降低耐腐蚀性的情况下提高不锈钢的强度。
 
  3)开发超级铁素体不锈钢。铁素体不锈钢具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性,其耐应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢。价格比奥氏体不锈钢便宜。然而,存在一些缺点,例如差的可焊性和脆性,这限制了生产和使用。通过减少碳和氮的含量,添加Ti,Nb,Zr,Ta和其他稳定元素,以及添加Cu,Al,V和其他焊接金属增韧元素,可以改善铁素体钢的焊接性和脆性。
 
  4)开发超级奥氏体钢。超级奥氏体钢中的Cr,Mo和N含量明显高于常规不锈钢。其中,著名的一种是钢(245smo),钼含量为6%。这种钢具有非常好的局部耐腐蚀性。在海水,空气膨胀,间隙和低速冲刷条件下,它具有良好的抗点蚀性(PI40)和更好的抗应力腐蚀性能。它是镍基合金和钛合金的替代材料。
 
  5)开发超级马氏体不锈钢。传统的马氏体不锈钢2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足够的延展性,因此对冷锻过程中的应力非常敏感,因此很难进行冷加工。另外,钢的焊接性较差,并且使用范围受到限制。为了克服马氏体钢的上述缺点,最近发现了一种有效的方法,即通过减少C和Ti的含量并增加Ni的含量来开发新的合金钢系列。

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