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用以製造彈簧或類似彈簧性能零件的鋼類。具有高的彈性極限﹑疲勞極限(尤其是缺口疲勞極限)以及一定的衝擊韌性和塑性﹐主要在衝擊﹑震動等動載荷或長期週期性交變應(yīng)力的條件下使用。所以在各種狀態(tài)下工作的彈簧都要有良好的表面質(zhì)量和較高的抗疲勞性能。在工藝性能上﹐需經(jīng)淬火﹑回火的彈簧鋼﹐應(yīng)具有一定的淬透性﹐不易脫碳﹐過熱敏感性低和塑性較高﹐在熱狀態(tài)下易於成形。製造小尺寸彈簧用的鋼絲要有均勻的硬度和一定的塑性。
類別彈簧鋼按生產(chǎn)方法﹐可分為熱軋彈簧鋼和冷拉(軋)彈簧鋼。熱軋彈簧鋼包括製造螺旋彈簧﹑扭力桿用的圓鋼或梯形鋼和製造板簧的扁鋼﹔冷拉(軋)彈簧鋼包括製造小規(guī)格螺旋彈簧的冷拉鋼絲和製造發(fā)條以及各種彈簧片的冷軋鋼帶。合金彈簧鋼中通常含錳﹑硅﹑鉻﹑鉬﹑鎢﹑釩和微量的硼﹐這些合金元素都可提高鋼的淬透性﹐錳和硅固溶入鐵素體中﹐可提高屈服強度。鉻﹑鎢﹑釩可以提高鋼的彈性極限﹑屈強比和耐熱性。按所含合金元素﹐常用的彈簧鋼可分為以下幾種﹕碳素彈簧鋼價格低廉﹐用途廣泛。
如表面狀態(tài)和熱處理組織相同﹐疲勞極限并不低於合金彈簧鋼。缺點是淬透性和屈服強度較低﹔截面較大的彈簧﹐油淬時不能淬透﹐水淬時容易開裂。如增加含碳量﹐雖能提高強度和彈性極限﹐卻會降低衝擊韌性和塑性﹐尤其是降低低溫韌性。中國的碳素彈簧鋼有65﹑70﹑75﹑85四個鋼號。單純含錳彈簧鋼如65Mn﹐錳含量為0.90～1.20％。增加錳含量可提高鋼的淬透性和強度﹐減小脫碳傾向﹔缺點是有過熱敏感性和回火脆性﹐且易產(chǎn)生淬火裂紋﹐所以只適於製造各種小尺寸扁彈簧﹑圓彈簧。硅錳彈簧鋼是主要的熱軋合金彈簧鋼種﹐中國有55Si2Mn﹑60Si2Mn﹑60Si2MnA﹑70Si3MnA四個鋼號。
硅含量為1.50～2.80％﹐錳含量為0.60～0.90％。鋼中加硅可顯著提高彈性極限和屈強比﹐提高回火穩(wěn)定性﹔但易形成硅酸鹽等夾雜物﹐增加脫碳敏感性。鋼中碳和硅的含量均較高時﹐碳易於石墨化。這類鋼廣泛用於製作汽車﹑拖拉機﹑機車上的減震板簧和螺旋彈簧﹐以及要求承受較高應(yīng)力的彈簧。含鉻彈簧鋼在國際上很通用﹐中國有50CrMn和50CrVA兩個鋼號。50CrMn由於含有1％左右的鉻和錳﹐有較高的淬透性﹐脫碳傾向小﹔缺點是鉻和錳均加重回火脆性的傾向﹐回火后需快冷﹐多用以製造截面較大的和較重要的板簧和螺旋彈簧。50CrVA鋼具有良好的淬透性﹔加釩能細化組織﹐不易過熱﹐并可提高鋼的強度﹑韌性﹐降低缺口敏感性。
這種鋼脫碳傾向小﹐低溫衝擊韌性好﹐在較高溫度下工作時﹐性能也較穩(wěn)定﹐主要用於製造氣門彈簧﹑安全閥彈簧和在較高溫度下工作的彈簧。在50CrVA鋼的基礎(chǔ)上適當增加其他合金元素﹐能取得比上述兩種彈簧鋼更好的力學性能和淬透性。硅含量為1.40～1.80％﹑鉻含量為0.90～1.20％﹑釩含量為0.10～0.20％的60Si2CrVA鋼﹐具有高的淬透性和低的過熱敏感性﹐在塑性指標相近時抗拉強度和屈服強度高於硅錳彈簧鋼﹐主要用於製作承受高應(yīng)力的彈簧。含鎢彈簧鋼65Si2MnWA鋼的鎢含量為0.80～1.20％﹐與60Si2CrVA鋼一樣﹐可用於製作承受高載荷的和耐熱(≦350)﹑耐衝擊的彈簧。
合金含量較高的30W4Cr2VA鋼是一種高強度耐熱彈簧鋼﹐有高的淬透性﹐主要用於製造低於500條件下使用的控制閥簧。上述幾種鋼的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜﹐價格較高。在高溫條件下工作的彈簧﹐可選用耐熱鋼和耐熱合金﹔在腐蝕介質(zhì)工作的彈簧﹐應(yīng)按介質(zhì)的性質(zhì)(氧化性﹐還原性)選用相應(yīng)牌號的不銹鋼。中國還有55SiMnVB彈簧鋼﹐是在硅錳彈簧鋼的基礎(chǔ)上增添少量或微量合金元素﹐以提高淬透性能﹐用來製造較大截面尺寸的汽車板彈簧。中國典型牌號彈簧鋼的力學性能見附表中國典型牌號彈簧鋼的力學性能。
生產(chǎn)工藝一般彈簧鋼可用電爐﹑平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)﹔質(zhì)量較好或具有特殊性能的優(yōu)質(zhì)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(guī)定含量范圍較窄﹐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(chǎn)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。彈簧鋼在軋製加工中須特別注意脫碳和表面質(zhì)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(yīng)注意避免石墨化。
因此﹐在熱加工時停軋溫度不應(yīng)過低(≧850)﹐避免在石墨化較易形成的溫度范圍(650～800)內(nèi)停留時間過長。彈簧製成后經(jīng)噴丸處理能使彈簧表層產(chǎn)生殘餘壓應(yīng)力﹐以抵銷表層上的部分工作應(yīng)力﹐抑制表層裂縫的形成﹐這可顯著提高彈簧的疲勞極限。