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彈簧鋼要求較高的強(qiáng)度和疲勞極限,一般在淬火+中溫回火的狀態(tài)下使用,以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術(shù)對(duì)彈簧內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。因此,如何進(jìn)一步提高彈簧疲勞壽命,需進(jìn)一步研究,尤其是化學(xué)表面改性熱處理、噴丸強(qiáng)化等都對(duì)彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進(jìn)一步強(qiáng)化氣門彈簧的表面強(qiáng)度、增加壓應(yīng)力、提高疲勞壽命,氣門彈簧成形后,要進(jìn)一步經(jīng)過(guò)滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理,然后經(jīng)噴丸強(qiáng)化。例如,日本將f4mm的si-cr油淬鋼絲經(jīng)450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經(jīng)400℃×15min中溫回火進(jìn)行對(duì)比,其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入,不僅消除了脫碳的不良影響,而且還提高了殘余壓應(yīng)力,同時(shí)經(jīng)滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強(qiáng)度提高,150℃時(shí)的變形量為0.2%(規(guī)定值為0.5%),250℃的變形量為0.56%,提高了氣門彈簧的熱穩(wěn)定性和抗松弛穩(wěn)定性,但滲氮和液體碳氮共滲時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制,否則會(huì)形成網(wǎng)狀硫化物和網(wǎng)狀氮化物,反而會(huì)降低其疲勞強(qiáng)度。 氣門彈簧提高強(qiáng)度的方法還可以選擇噴丸,經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表面氣門彈簧噴丸可用兩種丸粒,一種直徑為0.8mm,其顯微硬度為720hv0.2,另一種直徑0.25mm,其顯微硬度為800hv0.2,三次噴丸可達(dá)到較好的強(qiáng)化效果,又可使表面質(zhì)量得到改善。
彈簧鋼是專門用來(lái)制造各種彈簧和彈性元件或類似性能要求的結(jié)構(gòu)零件的主要材料。
1.性能要求①高的彈性極限σe和屈強(qiáng)比σs/σb,以保證優(yōu)良的彈性性能,即吸收大量的彈性能而不產(chǎn)生塑性變形;②高的疲勞極限,疲勞是彈簧的最主要破壞形式之一,疲勞性能除與鋼的成分結(jié)構(gòu)有關(guān)以外,還主要地受鋼的冶金質(zhì)量(如非金屬夾雜物)和彈簧表面質(zhì)量(如脫碳)的影響;③足夠的塑性和韌性,以防止沖擊斷裂;④其它性能,如良好的熱處理和塑性加工性能,特殊條件下工作的耐熱性或耐蝕性要求等。
2.成分特點(diǎn)鋼中碳與合金元素的含量及作用為:(1)中、高碳一般地,碳素彈簧鋼wc=0.6%~0.9%,合金彈簧鋼wc=0.45%~0.70%,經(jīng)淬火加中溫回火后得到回火托氏體組織,能較好地保證彈簧的性能要求。(2)合金元素普通用途的合金彈簧鋼一般是低合金鋼。主加元素為Si、Mn、Cr等,其主要作用是提高淬透性、固溶強(qiáng)化基體并提高回火穩(wěn)定性;輔加元素為Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素,主要作用有防止Si引起的脫碳缺陷、Mn引起的過(guò)熱缺陷并提高回火穩(wěn)定性及耐熱性等。
3.彈簧鋼60Si2Mn55Si2MnB55SiMnVBCr系50CrVA淬透性優(yōu)良、回火穩(wěn)定性高、脫碳與石墨化傾向低;綜合力學(xué)性能佳,有一定的耐蝕性,含V、Mo、W等元素的彈簧具有一定的耐高溫性;由于均為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,故疲勞性能進(jìn)一步改善用于制造載荷大的重型大型尺寸(50~60mm)的重要彈簧,如發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧、常規(guī)武器取彈鉤彈簧、破碎機(jī)彈簧;耐熱彈簧,如鍋爐安全閥彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈等60CrMnA60CrMnBA60CrMnMoA60Si2CrA60Si2CrVA1)碳素彈簧鋼(即非合金彈簧鋼)其價(jià)格便宜但淬透性較差,適合于截面尺寸較小的非重要彈簧,其中以65、65Mn最常用。2)合金彈簧鋼根據(jù)主加合金元素種類不同可分為兩大類:Si-Mn系彈簧鋼和Cr系彈簧鋼。前者淬透性較碳鋼高,價(jià)格不很昂貴,故應(yīng)用最廣,主要用于截面尺寸不大于25mm的各類彈簧,60Si2Mn是其典型代表;后者的淬透性較好,綜合力學(xué)性能高,彈簧表面不易脫碳,但價(jià)格相對(duì)較高,一般用于截面尺寸較大的重要彈簧,50CrVA是其典型代表。
4.熱處理特點(diǎn)彈簧鋼的熱處理取決于彈簧的加工成形方法,一般可分為熱成形彈簧和冷成形彈簧兩大類:1)熱成形彈簧對(duì)截面尺寸>10mm各種大型和形狀復(fù)雜的彈簧均采用熱成形(如熱軋、熱卷),如汽車、拖拉機(jī)、火車的板簧和螺旋彈簧。其簡(jiǎn)明加工路線為:扁鋼或圓鋼下料→加熱壓彎或卷繞→淬火中溫回火→表面噴丸處理,使用狀態(tài)組織為回火托氏體。噴丸可強(qiáng)化表面并提高彈簧表面質(zhì)量,顯著改善疲勞性能。2)冷成形彈簧截面尺寸<10mm的各種小型彈簧可采用冷成形(如冷卷、冷軋),如儀表中的螺旋彈簧、發(fā)條及彈簧片等。這類彈簧在成形前先進(jìn)行冷拉(冷軋)、淬火中溫回火或鉛浴等溫淬火后冷拉(軋)強(qiáng)化;然后再進(jìn)行冷成形加工,此過(guò)程中將進(jìn)一步強(qiáng)化金屬,但也產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力和脆性,故在其后應(yīng)進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火(一般200~400℃)。