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弹簧材料所需要具备的性能


  良好的表面条件和疲劳性能:弹簧工作时表面承受的应力最大,疲劳损伤往往从钢丝表面开始。用于重要场合的弹簧,如阀弹簧、阀弹簧和悬架弹簧,需要几百个。1万次、数千万次甚至更长的循环寿命,对材料的疲劳性能提出了很高的要求。影响材料疲劳性能的因素很多,如化学成分、硬度、钢的纯度、表面质量、金相组织等。材料的表面质量尤为重要。材料表面的缺陷,如裂纹、褶皱、鳞片、铁锈、凹坑、划痕、压痕等,在工作过程中很容易造成弹簧应力集中。应力集中的部位往往是导致疲劳失效的疲劳源。脱碳表面也容易产生疲劳源,因此严格控制脱碳层深度也是一个重要的质量指标。为了提高弹簧材料的表面质量,可以对材料表面进行抛光或抛光,并在拉丝前用剥离法剥离一层材料的蒙皮,以去除大部分表面缺陷。弹簧热处理可采用气调热处理或真空热处理,防止表面脱碳和氧化。
  
  高强度:为了提高弹簧抗疲劳破坏和松弛的能力,弹簧材料应具有高屈服强度和弹性极限,特别是高屈服比。通常情况下,材料的弹性极限与屈服强度成正比,因此弹簧设计者和制造商总是希望材料具有高屈服强度。弹簧材料的抗拉强度和屈服强度接近,如碳冷拔钢丝约90%:因为抗拉强度比屈服强度容易测量,提供的抗拉强度是交付的材料,因此,抗拉强度通常用于在设计和制造的基础。然而,材料的抗拉强度越高,效果越好。强度过高会降低材料的塑性和韧性,增加脆性倾向。材料的抗拉强度与材料的化学成分、金相组织、热处理状态、冷加工程度(拉拔或轧制)等强化工艺有关。抗拉强度与疲劳强度之间也存在一定的关系。当材料在1600 MPa以下时,其疲劳强度随着拉伸强度的增加而增加。
  
  良好的塑性和韧性:在弹簧制造过程中,材料需要经历不同程度的加工变形,因此要求材料具有一定的塑性。例如,形状复杂的受拉和受扭弹簧的卸扣和扭转臂,当曲率半径很小时,弹簧材料在绕线或冲压和弯曲加工过程中不得出现裂纹、断裂等缺陷。同时,当弹簧受到冲击载荷或变载荷时,材料应具有良好的韧性,这将大大有利于弹簧的使用寿命。
  
  尺寸精度严格:许多弹簧对负载精度要求很高。例如,阀门弹簧的负载偏差不得大于规定负载的5% -6%。以圆钢丝拉压弹簧为例。1%时,负荷会产生约4%的偏差。可见,严格的尺寸精度也是保证弹簧质量的重要因素。
  
  均匀性好:材料的均匀性要求是指材料的化学成分、力学性能、尺寸偏差等指标要求均匀稳定。如果材料各方面的性能不一致,会给弹簧的生产带来很大的困难,造成产品几何尺寸、硬度、载荷等参数的离散性,严重的不均匀性甚至会造成产品的浪费。为了满足上述性能要求,弹簧钢必须具有优良的冶金质量,包括严格控制化学成分、高纯度、低杂质含量、低非金属夹杂物含量,控制其形貌、晶粒尺寸,同时要求钢的均匀性和稳定性。弹簧钢还应具有良好的表面质量和高精度的形状和尺寸。连铸在弹簧钢生产中得到了广泛的应用。与压铸相比,采用连续铸造。

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