所谓的弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性,而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力,即在规定的范围之内,弹性变形的能力使其承受一定的载荷,在载荷去除之后不出现永久变形。
碳是钢中的主要强化元素,对弹簧钢的影响往往超过其他合金元素。根据使用要求,弹簧钢材料应是中高碳的合金钢。当今世界各国普遍采用的弹簧钢,含碳量绝大部分在0.45%~0.65%。
为了克服弹簧钢强度提高后韧性和塑性降低的难题,也有降低碳含量的趋势。我国对低碳马氏体弹簧钢进行了深入的研究,如28MnSiB、35MnSiB等,其碳含量在0.30%左右。实践表明,这些弹簧钢可以在低温回火的板条状马氏体组织下使用,有足够强度和优良的综合力学性能,尤其是塑性、韧性极好。日本研究开发的几种高强度弹簧钢,如UHS1900、VHS2000、ND120S、ND250S等,碳含量均在0.40%左右。
合金元素在弹簧钢中的主要作用是提高力学性能、改善工艺性能及赋予某些特殊性能(如耐高温、耐蚀)等。
很多弹簧钢以硅为主要合金元素,它是对弹减抗力影响最大的合金元素,这主要是由于硅具有强烈的固溶强化作用;同时,硅能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大,改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态,提高钢的回火稳定性。目前,国内钢材牌号中Wsi为1.8%~2.2%,是现有标准中含硅最高的弹簧钢。但硅含量如果过高,将促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向,并且使冶炼困难和易形成夹杂物,因此,过高硅含量弹簧钢的使用仍需慎重。
由于铬能够显着提高钢的淬透性,阻止Si-Cr钢球化退火时的石墨化倾向,减少脱碳层,因此是弹簧钢中的常用合金元素,以铬为主要强化元素的弹簧钢50CrV使用较广泛。
锰是提高淬透性最有效的合金元素,它溶入铁素体中有固溶性化作用。研究表明,wMn必须大于0.5%,以使淬火时弹簧钢心部完全较变为马氏体,但当wMn超过1.5%时,韧性明显下降,这在选择弹簧钢时应优先考虑的。钼可以提高钢的淬透性,防止回火脆性,改善疲劳性能,现有标准中加钼的弹簧钢不多,加入量一般在0.4%以下。
钒是强碳化物形成元素,固态下所析出的细小弥散的MC型碳化物具有很强的沉淀强化效果。在35CrMnB钢中加入0.11%V,可显着提高钢的淬透性,还发现钒能有效降低35SiMnB钢的脱碳敏感性,认为这与钒降低钢中有效固溶碳、防止晶粒长大和阻止晶界扩散并提高抗氧化性有关。
冶金工业和汽车、摩托车工业的紧密结合和合作,不仅会进一步促进弹簧钢的高强度化,促使弹簧性能的全面提升,同时也为汽车、摩托车工业的发展、竞争能力的提高提供了材料基础,因此,值得大力关注。
当然,一个合格的产品生产商是少不了弹簧供应的,因此,是否求购到优良品质的弹簧,在一定程度上决定了该厂家生产产品质量的好坏。
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