彈簧材料的選擇

蘇州蘇陽成型科技有限公司如何選擇彈簧材料選擇彈簧材料時，應(yīng)考慮其用途、使用條件(載荷性質(zhì)、大小及循環(huán)特性、工作持續(xù)時間、工作溫度等)以及加工、熱解決和經(jīng)濟性等因素。為了保障彈簧能夠可靠地工作，其材料除應(yīng)滿足含有較高的強度極限和屈服極限外，還必須含有較高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性、塑性和良好的熱解決工藝性等。表20-2列出了幾個重要彈簧材料及其使用性能。實踐中應(yīng)用最廣泛的就是彈簧鋼，其品種又有碳素彈簧鋼、低錳彈簧鋼、硅錳彈簧鋼和鉻釩鋼等。圖20-2給出了碳素彈簧鋼絲的抗拉強度極限。彈簧材料選擇必須充足考慮到彈簧的用途、重要程度與所受的載荷性質(zhì)、大小、循環(huán)特性、工作溫度、周邊介質(zhì)等使用條件，以及加工、熱解決和經(jīng)濟性等因素，方便使選擇成果與實際規(guī)定相吻合。鋼是最慣用的彈簧材料。當受力較小而又規(guī)定防腐蝕、防磁等特性時，能夠采用有色金屬。另外，尚有用非金屬材料制做的彈簧，如橡膠、塑料、軟木及空氣等。碳素彈簧鋼(如65、70鋼)：價格便宜、來源方便，但彈性極限低；低錳彈簧鋼(如65Mn)：淬透性好、強度較高，淬火后易產(chǎn)生裂紋硅錳彈簧鋼(如60Si2MnA)：彈性極限高，回火穩(wěn)定性好，力學(xué)性能良好；鉻釩鋼(如50CrVA)：耐疲勞和抗沖擊性能好，價格貴，用于規(guī)定高的場合。表20-2重要彈簧材料及其許用應(yīng)力類別代號許用扭應(yīng)力[τT]許用彎曲應(yīng)力[σb]/MPa切變模量G/GPa彈性模量E/GPa推薦硬度范疇HRC推薦使用溫度°C特性及用途Ⅰ類彈簧Ⅱ類彈簧Ⅲ類彈簧Ⅰ類彈簧Ⅱ類彈簧鋼絲碳素彈簧鋼絲

Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ0.3σb0.4σb0.5σb0.5σb0.625σb81.5～78.5204～202--40～120強度高，性能好，適于做小彈簧60Si2Mn

60Si2MnA47162778578598178.519745～50-40～200彈性好，回火穩(wěn)定，易脫碳，適于做受大載荷的彈簧65Si2MnWA

60Si2CrVA560745931931116747～52-40～250強度好，耐高溫，彈性好30W4Cr2VA44258873573592043～47-40～350高溫強度好，淬透性好。50CrVA45～50-40～210高疲勞強度，淬透性和回火穩(wěn)定性好不銹鋼1Cr18Ni9Ti32443254054067771.5193--250～300耐腐蝕，耐高溫，適于做小彈簧4Cr1344258873573592075.521548～53-40～300耐腐蝕，耐高溫，適于做大彈簧Co40CrNiTiMo500666834834100076.5197=-40～500耐腐蝕，高強度，無磁，高彈性青銅絲Qsi-326535344244255040.293HB90～120-40～120耐腐蝕，防磁好QSn4-339.2Qbe235344255055073542.2129.537～40耐腐蝕，防磁，導(dǎo)電性及彈性好注：1.按受力循環(huán)次數(shù)N不同，彈簧分為三類：Ⅰ類N>106；Ⅱ類N=103～105以及受沖擊載荷的場合；Ⅲ類N<103。

2.碳素彈簧鋼絲按機械性能不同分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四組，Ⅰ組強度最高，依次為Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ組。

3.彈簧的工作極限應(yīng)力τlim：Ⅰ類≤1.67[τ]；Ⅱ類≤1.25[τ]；Ⅲ類≤1.12[τ]。

4.軋制鋼材的機械性能與鋼絲相似。

5.碳素鋼絲的切變模量和彈性模量對0.5～4mm直徑有效，>4mm取下限。類別代號許用扭應(yīng)力[τT]許用彎曲應(yīng)力[σb]/MPa切變模量G/GPa彈性模量E/GPa推薦硬度范疇HRC推薦使用溫度°C特性及用途Ⅰ類彈簧Ⅱ類彈簧Ⅲ類彈簧Ⅰ類彈簧Ⅱ類彈簧鋼絲碳素彈簧鋼絲

Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ0.3σb0.4σb0.5σb0.5σb0.625σb81.5～78.5204～202--40～120強度高，性能好，適于做小彈簧60Si2Mn

60Si2MnA47162778578598178.519745～50-40～200彈性好，回火穩(wěn)定，易脫碳，適于做受大載荷的彈簧65Si2MnWA

60Si2CrVA560745931931116747～52-40～250強度好，耐高溫，彈性好30W4Cr2VA44258873573592043～47-40～350高溫強度好，淬透性好。50CrVA45～50-40～210高疲勞強度，淬透性和回火穩(wěn)定性好不銹鋼1Cr18Ni9Ti32443254054067771.5193--250～300耐腐蝕，耐高溫，適于做小彈簧4Cr1344258873573592075.521548～53-40～300耐腐蝕，耐高溫，適于做大彈簧Co40CrNiTiMo500666834834100076.5197=-40～500耐腐蝕，高強度，無磁，高彈性青銅絲Qsi-326535344244255040.293HB90～120-40～120耐腐蝕，防磁好QSn4-339.2Qbe235344255055073542.2129.537～40耐腐蝕，防磁，導(dǎo)電性及彈性好

表20-2重要彈簧材料及其許用應(yīng)力注：

1.按受力循環(huán)次數(shù)N不同，彈簧分為三類：Ⅰ類N>106；Ⅱ類N=103～105以及受沖擊載荷的場合；Ⅲ類N<103。

2.碳素彈簧鋼絲按機械性能不同分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四組，Ⅰ組強度最高，依次為Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ組。

3.彈簧的工作極限應(yīng)力τlim：Ⅰ類≤1.67[τ]；Ⅱ類≤1.25[τ]；Ⅲ類≤1.12[τ]。

4.軋制鋼材的機械性能與鋼絲相似。

5.碳素鋼絲的切變模量和彈性模量對0.5～4mm直徑有效，>4mm取下限。彈簧慣用材料（摘自GB/T1239.6-92）原則號原則名稱牌號直徑規(guī)格(mm)剪切模量G（MPa）推薦硬度HRC推薦使用溫度℃性

能GB

4357碳素彈簧鋼絲25～80

40Mn～70MnB級：0.08～13.0

C級：0.08～13.0

D級：0.08～6.079000--40～130

強度高，性能好。B級、C級和D級分別用于低、中和高應(yīng)力彈簧。GB

4358琴鋼絲60～80

T8MnA～T9A

60Mn～70MnG1組：0.08～6.0

G2組：0.08～6.0

F組：2.0～5.079000--40～130

強度高，韌性好。用于重要的小彈簧，G2組較G1組強度高，F(xiàn)組重要用于閥彈簧。GB

4361油淬火回火硅錳彈簧鋼絲60Si2MnAA類、B類、C類

2.0～14.079000--40～200

強度高，彈性好。易脫碳，用于叫高負荷的彈簧。A類和B類用于普通用途的彈簧，B類和C類用于汽車懸掛彈簧。GB

4362閥門用油淬火回火鉻硅彈簧鋼絲55CrSi1.6～8.079000--40～250

有較強的疲勞強度，用于較高工作溫度的高應(yīng)力內(nèi)燃機閥門彈簧或其它類似彈簧。GB

5218硅錳彈簧鋼絲60Si2MnA

65Si2MnWA

70SI2MnA1.0～12.07900045～50-40～200

強度高，較好的彈性、易脫碳。用于普通機械的較大彈簧。GB

5219鉻釩彈簧鋼絲50CrVA0.8～12.07900045～50-40～210

高溫時強度性能穩(wěn)定，用于較高溫度下的彈簧，如內(nèi)燃機閥門彈簧等。GB

5220閥門用鉻釩彈簧鋼絲50CrVA0.5～12.07900045～50-40～210

高溫時強度性能穩(wěn)定，用于較高溫度下的彈簧，如內(nèi)燃機閥門彈簧等。GB

5221鉻硅彈簧鋼絲55CrSiA0.8～6.07900045～50-40～250

高溫時強度性能穩(wěn)定，用于較高溫度下的高應(yīng)力彈簧。YB(T)

11彈簧用不銹鋼絲

A組：

1Cr18Ni9、

0Cr19Ni10、0Cr17NI12Mo2

B組：

1Cr18Ni9、

0Cr18Ni10

C組：

0Cr17Ni8Al全部

0.8～12.071000-200～300

耐腐蝕、耐高、低溫，用于腐蝕或高、低溫條件下工作的小彈簧。GB

3121硅青銅線QSi3-10.1～6.041000HB90～100-40～120

有較高的耐腐蝕和防磁性能。用于機械和儀表等用彈性元件。GB

3124錫青銅線QSn4-3

QSN6.5-0.1

QSn6.5-0.4

QSn7-0.20.1～6.040000HB90～100-250～120

有較高的耐磨損、耐腐蝕和防磁性能。用于機械和儀表等用彈性元件。GB

3134鈹青銅線QBe20.03～6.04400037～40-200～120

有較高的耐磨損、耐腐蝕、防磁和導(dǎo)電性能。用于機械和儀表等用精密彈性元件。GB

1222熱扎彈簧鋼65Mn5～807800045～50-40～120

彈性好。用于普通機械用彈簧。55Si2Mn

55Si2Mn8

60Si2Mn

60Si2MnA5～807800045～50-40～200

較高的疲勞強度，彈性好，廣泛用于多個機械、交通工具等用彈簧。55CrMnA

60CrMnA5～807800047～52-40～250

彈性好，抗高溫，用于承受較重負荷的較大彈簧。50CrVA5～807800045～50-40～210

高的疲勞強度，抗高溫。用于較高工作溫度下的較大彈簧。我認為65Mn比較好,不懂得你們用彈簧鋼做什么產(chǎn)品,請看65Mn,60Si2Mn,50CrVA彈簧鋼的區(qū)別65Mn1綜述：該鋼為慣用彈簧鋼。它強度高、淬透性好、脫碳傾向小、價格低、切削加工性好。但有過熱敏感性，易產(chǎn)生淬火裂紋，并有回火脆性。用途廣泛，用于制造多個截面較小的扁、圓彈簧、板簧和彈簧片。2相稱于國外牌號：65Γ（俄）、1065（美）、080A67\EN43E（英）。3成分（WC%）C:0.62-0.75Mn0.90-1.20Si:0.17-0.37S≤0.030P≤0.035Cr≤0.25Ni≤0.254熱解決制度：830℃OC+540℃AC（回火、空冷）5技術(shù)條件規(guī)定的性能60Si2MnA1綜述它是用途十分廣泛的一種合金彈簧鋼。該鋼淬透性好。淬火回火后含有較高的強度和彈性極限。較高的屈強比（б0.2/бb）和抗松弛能力及回火穩(wěn)定性。如需用等溫淬火其綜合性能更加好。特別疲勞壽命明顯提高,但該鋼脫碳傾向大,冷變形塑性低。切削加工比較重。重要用于250℃下列工作的厚度不大于10mm。直徑＜25mm的多個板簧、螺旋彈簧、安全閥彈簧、減振彈簧、儀表彈簧等。2相稱于國外牌號:60C2A(俄)；9260(美)；SUP6(日)；250A58、250A61、En45A（英）。3化學(xué)成分（Wt℅）C0.56～0.64；Mn0.60～0.90；Si1.50～2.00；S≤0.040；P≤0.040；Cr≤0.35；Ni≤0.35。4熱解決：棒材870℃OC+440回火。5技術(shù)條件規(guī)定性能：50CrVA1綜述該鋼是高級優(yōu)質(zhì)彈簧鋼。含有高的比例極限和強度，高的疲勞度和良好的塑性及韌性，良好的回火穩(wěn)定性，當加熱到300℃彈性仍可保持。該鋼切削加工性尚好。但冷作塑性較差。焊接性差。合用于制造重要的承受大應(yīng)力的多個彈簧，使用溫度不超出400℃。2相稱于國外牌號50×Фa（俄）；6150（美）；SUP10（日）；735A50En75（英）50CV（法）3化學(xué)成分（Wt℅）C0.45～0.54；Mn0.50～0.80；Si0.17～0.37；S≤0.030；P≤0.030；Cr≤0.80～1.10；Ni≤0.35；V0.10～0.20。4熱解決制度860℃OC+440～500℃OC（回火、油冷）5技術(shù)條件規(guī)定的技能闡明：δb強度極限Mpaδ5長度為5d試樣。拉起后的延伸率（%）δp比例極限Mpaδ10長度為10d試樣。拉起后的延伸率（%）δ0.22%殘存伸長屈服長度Mpaψ斷面收縮率(%)OC油冷HBS布氏硬度WC水冷HRC(RC)洛氏硬度AC空冷HBV紙氏硬度65Mn,60Si2Mn,50CrVA彈簧鋼的區(qū)別彈簧材料的發(fā)展公布時間：05月31日.com瀏覽次數(shù)：1彈簧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對材料提出了更高的規(guī)定。重要是在高應(yīng)力下的提高疲勞壽命和抗松弛性能；另首先是根據(jù)不同的用途，規(guī)定含有耐蝕性、非磁性、導(dǎo)電性、耐磨性、耐熱性等。為此，彈簧材料除開發(fā)了新品種外，另外嚴格控制化學(xué)成分，減少非金屬夾雜，提高表面質(zhì)量和尺寸精度等方面也獲得了有益的成效。1．合金鋼的發(fā)展氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應(yīng)用Si-Cr鋼。為了提高疲勞壽命和抗松弛性能，在Si-Cr鋼中添加V、Mo。同時開發(fā)了Si-Cr拉拔鋼絲，其在高溫下工作時的抗松弛性能，比琴鋼絲好。隨著發(fā)動機高速小型化，抗顫振性能好、質(zhì)量輕、彈性模量小的Ti合金得到了較為廣泛的應(yīng)用，其強度可達Mpa。2．不銹鋼絲的發(fā)展1)奧氏體組織不銹鋼絲強度比鐵素體組織的好，其耐蝕性也優(yōu)于馬氏體組織，因面應(yīng)用范疇不停擴大。2)低溫拔絲或低溫氮化拔絲可提高鋼絲強度。馬氏體受熱時組織不穩(wěn)定，而在低溫液體氮中拔絲能形成隱針狀馬氏體，可獲得熱態(tài)高強度。此種鋼絲在美國和日本已有不少應(yīng)用，但現(xiàn)在只能解決1mm下列的鋼絲。3)電子設(shè)備中的精密彈簧規(guī)定非磁性，此種鋼絲在拉拔加工時，不能生成隱針狀馬氏體。為此要添加N、Mn、Ni等元素。為了滿足這方面的需求，美國開發(fā)了AUS205(0.15C-17Cr-1Ni-15Mn-0.3N)和YUS(0.17C-21Cr-5Ni-10Mn-0.3N)。由于Mn的含量增加，加工中不會生成隱針狀馬氏體。經(jīng)固溶解決，強度可達Mpa，疲勞性能高，優(yōu)于SUS304。3．提高材料純度對高強度材料，嚴格控制夾雜，提高純度以確保其性能。如氣門彈簧材料的含氧量，現(xiàn)在已達20×10ˉ６發(fā)展。4．改善表面質(zhì)量材料表面質(zhì)量對疲勞性能影響很大。為了確保表面質(zhì)量，對有特殊規(guī)定的材料采用剝皮工藝將表層0.1mm。對0.5mm深度的缺點采用渦流探傷。對拔絲過程表面產(chǎn)生的凹凸不平，可用電解研磨，使表面粗糙降到Ra=6.5～3.4μm。5．電鍍鋼絲的發(fā)展在特殊狀況下，除規(guī)定彈簧特性外，還規(guī)定耐蝕、導(dǎo)電等附加性能，大多均采用電鍍工藝解決。部分不銹鋼絲和琴鋼絲的耐蝕性能相稱于鍍鋅的耐蝕性能，若再鍍一層ZnAl(5%)的合金，則耐蝕性可提高約3倍。對電阻性能有規(guī)定的不銹鋼絲或琴鋼絲，鋼絲直徑不大于0.4mm的可鍍銅，不不大于0.4mm的可采用內(nèi)部是銅，外部是不銹鋼材料。普通琴鋼絲鍍5μm厚的Ni，可提高其導(dǎo)電性。2彈簧材料的發(fā)展隨著彈簧應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對彈簧材料提出了更多的規(guī)定。重要是在高應(yīng)力下的提高疲勞壽命和抗松弛性能方面；另首先是根據(jù)不同的用途，規(guī)定含有耐蝕性、非磁性、導(dǎo)電性、耐磨性、耐熱性等方面。為此，彈簧材料除開發(fā)了新品種外，另從嚴格控制化學(xué)成分，減少非金屬夾雜，提高表面質(zhì)量和尺寸精度等方面獲得了有益的成效。（1）彈簧鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展為了提高彈簧鋼的質(zhì)量，工業(yè)發(fā)達國家已普通采用爐外精煉技術(shù)、連鑄工藝、新型軋制和在線自動檢測及控制設(shè)備等。為了確保鋼的化學(xué)成分，減少氣體和多個非金屬加夾物的含量，采用大容量電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉，采用爐外鋼包精煉，使氧含量（質(zhì)量分數(shù)）降至（0.0021~0.0010）%，生產(chǎn)出超純凈鋼，從而大大提高了彈簧的設(shè)計和工作應(yīng)力。連鑄生產(chǎn)工藝在彈簧鋼生產(chǎn)中已被廣泛采用。連鑄可通過電磁攪拌、低溫鍛造等技術(shù)減小鋼的偏析，減小二次氧化，改善表面脫碳，使組織和性能穩(wěn)定、均勻。采用分列式全持續(xù)軋機，可提高尺寸精度，表面質(zhì)量，同時也可使鋼材沿長度顯微組織均勻。在軋制過程中為了確保產(chǎn)品的表面質(zhì)量采用在線自動檢測和控制。為了適合變截面彈簧扁鋼生產(chǎn)而開發(fā)了奧氏體軋制成形新工藝，即先將鋼加熱到奧氏體區(qū)再急冷至亞穩(wěn)奧氏體區(qū)進行塑性加工并淬火解決。這種工藝可使鋼在不減少塑性的同時提高強度。另外尚有通過軋后在線熱解決和表面硬化解決來提高彈簧鋼的性能等。（2）合金鋼的發(fā)展合金元素的重要作用是提高力學(xué)性能，改善工藝性能及賦予某種特殊性能。氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應(yīng)用SiCr鋼。Si是抗應(yīng)力松弛最佳的合金元素，在SiCr鋼中添加V、Mo形成SiCrV和SiCrMo鋼，能夠提高疲勞壽命和抗松弛性能。同時SiCr拉拔鋼絲，其在高溫下工作時的抗松弛性能，比琴鋼絲和重要用途碳素彈簧鋼絲要好。隨著發(fā)動機高速小型化，抗顫振性能好、質(zhì)量輕、彈性模量小的Ti合金得到了較為廣泛的應(yīng)用，其強度可達MPa。（3）低碳奧氏體鋼的發(fā)展低碳奧氏體鋼38SiMnB是我國自主研發(fā)的一種新型的高性能彈簧鋼，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的38SiMnVBE更具優(yōu)越性，含有高強韌性、高淬透性、高應(yīng)用性和高性能比。在進行超細晶粒控制軋制后，其抗拉強度=（2030~2140）MPa，屈服強度=（900~）MPa，伸長率=（12~15）%，面縮率=（48~55）%。為少片變截面板彈簧提供了高性能的材料。（4）不銹鋼的發(fā)展我國是生產(chǎn)不銹鋼的大國，隨著不銹鋼的生產(chǎn)發(fā)展，自然也開發(fā)了不少品種，現(xiàn)在已達50多個，，基本滿足了國內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展的需要，對現(xiàn)在開發(fā)的某些新品種作簡要闡明。1）奧氏體不銹鋼體系的初步形成。為了消除碳元素造成的不銹鋼晶界腐蝕疲勞，開發(fā)出低碳奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為了提高其特殊性能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等元素。2）含氮不銹鋼的發(fā)展。在不銹鋼中以氮代碳獲得了成果。在奧氏體不銹鋼中N和C有許多共同特性。N穩(wěn)定奧氏體的作用比Ni大，與C相稱。N與Mn結(jié)合能取代比較貴的Ni。在奧氏體中N也是最有效的固溶強化元素之一。N與Cr的親和力要比C與Cr的親和力小，奧氏體鋼極少見到Cr2N的析出。因此N能在不減少耐蝕性能的基礎(chǔ)上，提高不銹鋼強度。3）超強鐵素體不銹鋼的發(fā)展。鐵素體不銹鋼含有良好的腐蝕性能和抗氧化性能，其抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼。價格比奧氏體不銹鋼便宜。但存在可焊性差、脆性傾向比較大的缺點，生產(chǎn)和使用受到限制。通過減少鋼中的碳和氮的含量，添加Ti、Nb、Zr、Ta等穩(wěn)定化元素，添加Cu、AI、V等焊縫金屬韌化元素三種途徑，能夠改善鐵素體鋼的可焊性和脆性。4）超級奧氏體鋼的發(fā)展。超級奧氏體鋼指Cr、Mo、N含量顯著高于常規(guī)不銹鋼的奧氏體鋼。其中比較著名的是含6%Mo的鋼（245SMo）。這類鋼含有非常好的耐局部腐蝕性能，在海水、充氣、存在縫隙、低速沖刷條件下，有良好的抗點蝕性能（PI40）和較好的抗應(yīng)力腐蝕性能，是Ni基合金和鈦合金的代用材料。5）超馬氏體不銹鋼的發(fā)展。傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺少足夠的延展性，在冷頂鍛變形過程中對應(yīng)力十分敏感，冷加工成形比較困難。加之鋼的可焊性比較差，使用范疇受到限制。為克服馬氏體鋼的上述局限性，近來已找到一種有效途徑，就是通過減少鋼的C、Ti含量，增加Ni含量，開發(fā)一種新系列合金鋼——超馬氏體鋼。這類鋼抗拉強度高，延展性好，焊接性能也得到改善，因此超馬氏體鋼又稱為軟馬氏體鋼或可焊接馬氏體鋼。（5）彈簧鋼絲的發(fā)展彈簧鋼絲通過100數(shù)年的發(fā)展，工藝技術(shù)經(jīng)歷了由鉛淬火到油淬火，現(xiàn)又發(fā)展到感應(yīng)加熱淬火。再加上工藝技術(shù)裝備不停創(chuàng)新和完善，品種質(zhì)量不停更新。近來開發(fā)的閥門用彈簧鋼絲感應(yīng)加熱淬火和回火解決工藝，實驗證明，由于感應(yīng)加熱時間短，淬火組織細小，鋼絲表面幾乎沒有脫碳層，因此其塑性、韌性、抗松弛性、斷裂韌性、延遲斷裂抗力、疲勞壽命等都比油淬火回火鋼絲有較大提高。另一種研究獲得成效的超細晶粒形變熱解決鋼絲已能實地應(yīng)用，超細晶粒形變熱解決是組織超細化與形變熱解決相結(jié)合的一種復(fù)合強韌化工藝。它既可提高鋼絲的力學(xué)性能，同時又能改善鋼絲