彈簧鋼

　　彈簧在衝擊、振動或長期交應力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質量好等碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%範圍內的優質碳素結構鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結合我國資源，並根據汽車、拖拉機設計新技術的要求，研製出在硅錳鋼基礎上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質量

性能要求

　　彈簧在衝擊、振動或長期交應力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質量好等碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%範圍內的優質碳素結構鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結合我國資源，並根據汽車、拖拉機設計新技術的要求，研製出在硅錳鋼基礎上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質量。

生產工藝

　　一般彈簧鋼可用電爐、平爐或氧氣轉爐生產；質量較好或具有特殊性能的優質彈簧鋼，用電渣爐或真空爐煉製。彈簧鋼中碳、錳、硅等主要元素的規定含量範圍較窄，冶煉時必須嚴格控制化學成分。硅含量較高時容易形成氣泡等缺陷，鋼錠鍛軋后冷卻不當時易產生白點。因此，冶煉用的原材料必須乾燥，儘量除去氣體及夾雜物，而且要避免鋼水過熱。

　　彈簧鋼在軋制加工中須特別注意脫碳和表面質量。鋼材表面嚴重脫碳時，會顯著降低鋼的疲勞極限。對於高硅彈簧鋼如70Si3MnA，應注意避免石墨化。因此，在熱加工時停軋溫度不應過低(≥850℃),避免在石墨化較易形成的溫度範圍(650～800℃)內停留時間過長。

　　彈簧製成后經噴丸處理能使彈簧表層產生殘餘壓應力，以抵銷表層上的部分工作應力，抑製表層裂縫的形成，這可顯著提高彈簧的疲勞極限。

熱處理規範

鋼號淬火溫度淬火介質硬度要求 回火溫度 冷卻介質 硬度要求 應用範圍

　　65 780-830 水或油 400-600 線徑小於12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈

　　65Mn 810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧

　　50CrV 850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧

　　50CrV 850-870 油 >58 370-420 45-52 300C以下工作的高溫彈簧

　　60Si2MnA 860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片

編輯本段特性和應用

1. 65 、70 、85：可得到很高強度、硬度、屈強比，但淬透性小，耐熱性不好，承受動載和疲勞載荷的能力低應用非常廣氾，但多用於工作溫度不高的小型彈簧或不太重要的較大彈簧。如汽車、拖拉機、鐵道車輛及一般機械用的彈簧

　　65Mn 成分簡單，淬透性和綜合力學性能、脫碳等工藝性能均比碳鋼好，但對過熱比較敏感，有回火脆性，淬火易出裂紋價格較低，用量很大。製造各種小截面扁簧、圓簧、發條等，亦可制氣門彈簧、彈簧環，減振器和離合器簧片、剎車簧等。

2. 55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA硅含量(Wsi)高(上限達2.00%)，

　　強度高，彈性好。抗回火穩定性好。易脫碳和石墨化。淬透性不高。

　　主要的彈簧鋼類，用途很廣。製造各種彈簧，如汽車、機車、拖拉機的板簧、螺旋彈簧，汽缸安全閥簧及一些在高應力下工作的重要彈簧，磨損嚴重的彈簧。

　　55Si2MnB 因含硼，其淬透性明顯改善 輕型、中型汽車的前後懸挂彈簧、副簧。

　　55Si2MnB 我國自行研製的鋼號，淬透性、綜合力學性能、疲勞性能均較60Si2Mn鋼好 主要製造中、小型汽車的板簧，使用效果好，亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋彈簧 。

3. 60Si2CrA 60Si2CrVA

　　高強度彈簧鋼。淬透性高，熱處理工藝性能好。因強度高，卷制彈簧后應及時處理消除內應力製造載荷大的重要大型彈簧。60Si2CrA可制汽輪機汽封彈簧、調節彈簧、冷凝器支承彈簧、高壓水泵碟形彈簧等。60Si2CrVA鋼還製作極重要的彈簧，如常規武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧。

4. 55CrMnA

　　60CrMnA 突出優點是淬透性好，另外熱加工性能、綜合力學性能、抗脫碳性能亦好 大截面的各種重要彈簧，如汽車、機車的大型板簧、螺旋彈簧等。

5. 60CrMnMoA

　　在現有各種彈簧鋼中淬透性最高。力學性能、抗回火穩定性等亦好大型土木建築、重型車輛、機械等使用的超大型彈簧。鋼板厚度可達35mm以上，圓鋼直徑可超過60mm

6. 50CrVA

　　少量釩提高彈性、強度、屈強比和彈減抗力，細化晶粒，減小脫碳傾向。碳含量較小，塑性、韌性較其他彈簧鋼好。淬透性高，疲勞性能也好各種重要的螺旋彈簧，特別適宜作工作應力振幅高、疲勞性能要求嚴格的彈簧，如閥門彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈、安全閥簧等

7. 60CrMnBA

　　淬透性比60CrMnA高，其他各種性能相似 尺寸更大的板簧、螺旋彈簧、扭轉彈簧等。

8. 30W4Cr2VA

　　高強度耐熱彈簧鋼。淬透性很好。高溫抗鬆弛和熱加工性能也很好 工作溫度500~C以下的耐熱彈簧，如汽輪機主蒸汽閥彈簧、汽封彈簧片、鍋爐安全閥彈簧、400t鍋爐碟形閥彈簧等。

 

傳統彈簧鋼的強度水平難以滿足現代工業發展的要求，眾所週知，彈簧鋼力學性能在材料質量保証的前提下取決于熱處理工藝，而熱處理工藝也應根據所用材料來決定，彈簧鋼高強度化的一個重要途徑是充分發揮合金元素的作用，達到最佳合金化效果。

 

1.熱處理

 

　　彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火+中溫回火的狀態下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術對彈簧內在質量有着至關重要的影響。因此，如何進一步提高彈簧疲勞壽命，需進一步研究，尤其是化學表面改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產生重要影響。為進一步強化氣門彈簧的表面強度、增加壓應力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進一步經過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然後經噴丸強化。例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經400℃×15min中溫回火進行對比，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，而且還提高了殘餘壓應力，同時經滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高，150℃時的變形量為0.2%(規定值為0.5%)，250℃的變形量為0.56%，提高了氣門彈簧的熱穩定性和抗鬆弛穩定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應嚴格控制，否則會形成網狀硫化物和網狀氮化物，反而會降低其疲勞強度。

 

　　氣門彈簧提高強度的方法還可以選擇噴丸，經生產實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800hv0.2，三次噴丸可達到較好的強化效果，又可使表面質量得到改善。

 

2.合金化

 

　　碳是鋼中的主要強化元素，對彈簧鋼的影響往往超過其他合金元素。根據使用要求，彈簧鋼材料應是中高碳的合金鋼。當今世界各國普遍採用的彈簧鋼，含碳量絕大部分在0.45%～0.65%。

 

　　為了克服彈簧鋼強度提高后韌性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢。我國對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究，如28mnsib、35mnsib等，其碳含量在0.30%左右。實踐表明，這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用，有足夠強度和優良的綜合力學性能，尤其是塑性、韌性極好。日本研究開發的幾種高強度彈簧鋼，如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等，碳含量均在0.40%左右。

 

　　合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能(如耐高溫、耐蝕)等。

 

　　很多彈簧鋼以硅為主要合金元素，它是對彈減抗力影響最大的合金元素，這主要是由於硅具有強烈的固溶強化作用；同時，硅能抑制滲碳體在回火過程中的晶核形成和長大，改變回火時析出碳化物的數量、尺寸和形態，提高鋼的回火穩定性。目前，國內鋼材牌號中wsi為1.8%～2.2%，是現有標準中含硅最高的彈簧鋼。但硅含量如果過高，將促進鋼在軋制和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向，並且使冶煉困難和易形成夾雜物，因此，過高硅含量彈簧鋼的使用仍需慎重。

 

　　由於鉻能夠顯著提高鋼的淬透性，阻止si－cr鋼球化退火時的石墨化傾向，減少脫碳層，因此是彈簧鋼中的常用合金元素，以鉻為主要強化元素的彈簧鋼50crv使用較廣氾。

 

　　錳是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入鐵素體中有固溶性化作用。研究表明，wmn必須大於0.5%，以使淬火時彈簧鋼心部完全較變為馬氏體，但當wmn超過1.5%時，韌性明顯下降，這在選擇彈簧鋼時應優先考慮的。

 

　　鉬可以提高鋼的淬透性，防止回火脆性，改善疲勞性能，現有標準中加鉬的彈簧鋼不多，加入量一般在0.4%以下。

 

釩是強碳化物形成元素，固態下所析出的細小彌散的mc型碳化物具有很強的沉澱強化效果。在35crmnb鋼中加入0.11%v，可顯著提高鋼的淬透性，還發現釩能有效降低35simnb鋼的脫碳敏感性，認為這與釩降低鋼中有效固溶碳、防止晶粒長大和阻止晶界擴散並提高抗氧化性有關。