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弹簧材料所需要具备的性能

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-10-13  来源:818弹簧网   浏览次数:101435
核心提示:高的强度:为提高弹簧抗疲劳破坏和抗松弛的能力,弹簧材料应具有高的屈服强度 与弹性极限 ,尤其要有高的屈强比。在通常情况下

高的强度:为提高弹簧抗疲劳破坏和抗松弛的能力,弹簧材料应具有高的屈服强度 与弹性极限 ,尤其要有高的屈强比。在通常情况下,材料的弹性极限与屈服强度成正比,因此弹簧设计和制造者总是希望材料具有高的屈服强度.而弹簧材料的抗拉强度 和屈服强度 较接近,如冷拔碳素钢丝的 约为 的90%左右:由于抗拉强度比屈服强度容易测得,在材料交货中提供的都是抗拉强度,故在设计制造时一般都用抗拉强度作为依据。但材料的抗拉强度并不是越高越好,强度过高会降低材料的塑性和韧性,增加脆性倾向。材料抗拉强度的高低与其化学成分、金相组织、热处理状况、冷加工(拉拔或轧制)程度及其他强化工艺等因素有关。抗拉强度与疲劳强度也有一定的关系,当材料的在1600MPa以下时,其疲劳强度随抗拉强度的增高而增高。

良好的塑性和韧性:在弹簧制造过程中材料需经受不同程度的加工变形,因此要求材料具有一定的塑性。例如形状复杂的拉伸和扭转弹簧的钩环及扭臂,当曲率半径很小时,在加工卷绕或冲压弯曲成形时,弹簧材料均不得出现裂纹、折损等缺陷。同时弹簧在承受冲击载荷或变载荷时,材料应具有良好的韧性,这样对提高弹簧的使用寿命会有很大的裨益。

优良的表面状态和疲劳性能:弹簧工作时表面承受的应力最大,而疲劳破坏往往是从钢丝表面开始的,对于用在重要场合的弹簧如气门弹簧、阀门弹簧及悬架弹簧都要求有几百万次,几千万次甚至更长的循环寿命,这就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,如材料的化学成分、硬度、钢材的纯净程度、表面质量和金相组织等,尤为重要的是材料的表面质量。材料的表面缺陷,如裂纹、折叠、鳞皮、锈蚀、凹坑、划痕和压痕等,都易使弹簧在工作过程中造成应力集中。其应力集中的部位常常是造成疲劳破坏的疲劳源。疲劳源还易在表面脱碳的部位首先发生,因此严格控制脱碳层深度也是一个很重要的质量指标。为提高弹簧材料的表面质量,可以对材料表面进行磨光或抛光,在钢丝拉拔前采用剥皮工艺剥除一层材料表皮,这样可以将大部分表面缺陷去掉。弹簧热处理时可采用控制气氛或真空热处理,防止表面脱碳和氧化。

严格的尺寸精度:许多弹簧对负荷精度有较高的要求,如气门弹簧的负荷偏差不得大于规定负荷的5%—6%,以具有圆钢丝的拉、压弹簧为例,如果钢丝直径偏差为1%,负荷就会产生4%左右的偏差。由此可见,严格的尺寸精度对保证弹簧的质量也是十分重要的。

好的均匀性:对材料的均匀性要求是指对材料的化学成分、力学性能、尺寸偏差等各项指标要求均匀和稳定一致。如果材料各方面性能不一致,会给弹簧生产带来很大的困难,造成产品几何尺寸、硬度、负荷等参数的离散性,严重的不均匀性甚至会造成废品。

了满足上述性能要求,弹簧钢必须具有优良的冶金质量,包括严格控制的化学成分、高的纯洁度、低的杂质含量、低的非金属夹杂物含量,并控制其形态、粒度和分布。此外还要求钢质的均匀性和稳定性。弹簧钢还应具有良好的表面质量和高精度的外形和尺寸。

在弹簧钢生产中已广泛采用连铸。与模铸相比,采用连铸可通过电磁搅拌、低温铸造等技术减小钢的偏析,提高钢质的均匀性;减少二次氧化,改善钢的表面脱碳;使钢的组织和性能稳定、均匀;提高收得率和生产效率;与炉外精炼技术相配合降低氧含量和有效地控制钢的化学成分。

在对弹簧钢材的尺寸偏差、截面形状、表面质量和沿钢材长度显微组织均匀性的要求不断提高的情况下,国外广泛采用了纵列式全连续轧机,并不断改进以实现高速、无扭、无张力轧制。为了保证钢材尺寸精度采用短应力线或预应力轧机。



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