弹簧钢的热处理特点
1. 弹簧钢的特点
(1) 弹簧的工作条件
弹簧是各种机器和仪表中的重要零件, 其功能是依靠材料的弹性与弹簧结构, 使机械功或动能与形变能得到相互转化。
弹簧主要在动载荷下, 即在冲击、振动的条件下或在交变应力作用下工作, 起着支承、减振、缓冲、测量、控制储存及输出能量等作用。弹簧失效的主要形式是疲劳断裂。
(2) 弹簧的性能要求
无论弹簧用在什么地方, 工作时总是处于变形 - 复原 - 再变形 - 再复原的过程中, 不允许产生永久变形。因此,
弹簧应有高的疲劳性能。在水、蒸汽、油类、盐或碱介质中工作的弹簧还应具有耐热、耐腐蚀性能。有些特殊用途的弹簧, 还要求具备导电性好、无磁性等。为保证弹簧可靠地工作, 弹簧钢须具备以下基本性能要求:
1) 必须具有高的屈服极限与弹性极限, 尤其是要有高的屈强比, 以避免弹簧在高载荷下产生塑性变形。
2) 具有高的疲劳极限, 以避免弹簧在长期振动和交变应力作用下产生疲劳破坏。
3) 有足够的冲击韧性和塑性, 以防在冲击作用下突然脆断。
4) 具有良好的表面质量, 任何细小的锈蚀、凹坑、碰伤、脱碳等, 都可能成为疲劳断裂的发源点。
5) 弹簧钢应具有良好的淬透性, 低的过热敏感性。
6) 特殊用途的弹簧还有特殊要求, 如电器仪表中的弹簧要求有高的导电性; 在高温或腐蚀介质中工作的弹簧, 要求有耐高温或耐腐蚀性能。
2.常用弹簧钢
(1) 碳素钢
碳素钢有 65、70、85 等, 含量碳为 0 .6% ～0. 9% (质量分数 ) , 具有较高的弹性极限与强度。其缺点是淬透性差、抗应力松弛性能不好、耐腐蚀性差、弹性模量的温度系数大。 多用于钢材截面小于 10 mm、工作温度不高的弹簧。
(2) 锰钢
使用较多的锰钢有 65Mn。与碳素弹簧钢相比其淬透性和强度较高, 脱碳倾向较小, 但过热倾向较大, 一般用于截面小于 15 mm 的中小型低应力弹簧。
(3) 硅锰钢
在锰钢中加入硅能使钢的屈服强度和抗回火稳定性显著提高。常用的硅锰弹 簧钢有55Si2Mn、60Si2Mn。为进一步提高硅锰钢的性能, 在钢中加入微量硼和钒, 如 55Si2MnB、55SiMnVB 钢等, 经热处理后可获得更好的综合力学性能。
(4) 硅铬钢和硅铬钒钢
硅铬钢和硅铬钒钢有 60Si2CrA、60Si2CrVA 等, 具有淬透性好、过热倾向小、在高温下工作时的力学性能较稳定的特点, 可用于制造在 350℃以下承受重载荷、冲击载荷的大型螺旋弹簧与板簧。
(5) 铬锰钢和铬锰钼钢
铬锰弹簧钢有 55CrMnA、60CrMnA 等, 具有较 65Mn 钢高的弹性极限和强度。但其缺点是有过热敏感性和易产生回火脆性。含钼的 60CrMnMoA 弹簧钢, 其淬透性、强度、塑性和高温强度得到提高, 过热倾向和回火脆性倾向降低, 可用于制造承受高载荷、应力较大的板簧和螺旋直径较大 ( 50 mm ) 的螺旋弹簧, 也可以用作工作温度 300℃以下的阀门弹簧、活塞弹簧等。
(6) 铬钒钢和钨铬钒钢
铬钒钢有 50CrVA 钢等, 该钢具有很高的弹性和疲劳极限, 可用于制造特别重要的承受大应力的多种尺寸螺旋弹簧, 以及大截面的工作温度在 300℃以下的重要弹簧。
钨铬钒钢有 30W4Cr2VA 钢, 这是一种高强度耐热弹簧钢, 具有特别高的淬透性。经1050～1 100℃淬火、550～650℃回火后, 抗拉强度可达 1500～1700 MPa。该钢主要用于制造在540℃以下高温使用的弹簧。
3.弹簧钢的热处理特点
弹簧钢的热处理, 因钢材状态、弹簧成型方法和弹簧的性能要求而异。
(1) 热轧弹簧钢
1) 未经退火的热轧弹簧钢 大型卷簧和板簧, 采用未经退火的热轧弹簧钢制造, 经热成型后进行淬火 + 回火处理。
2) 经退火的热轧弹簧钢 直径或厚度为 6～12 mm 的钢丝, 采用经退火的热轧弹簧钢制造, 冷卷成型后, 去应力整形, 再进行淬火 - 回火处理。
(2) 冷轧或冷拔弹簧钢
1) 经淬铅处理的冷拔弹簧钢 一般小型弹簧如直径小于 6 mm 的高应力重要弹簧及阀门弹簧, 采用的冷拔弹簧钢丝, 在冷拔之前为使钢材具有很高的塑性和较好的强度, 先经过Ac3以上充分奥氏体化, 恒温铅浴淬火, 得到高塑性索氏体, 再经过多次冷拔强化使其获得很高的强度。经淬铅处理的冷拔弹簧钢丝, 可直接进行卷簧。卷簧后不再进行淬火处理, 而只需进行定型处理或低温去应力回火。
2) 中间进行退火的冷拔弹簧钢 经过多次冷拔, 并在多次冷拔中间进行退火 ( 提高塑性) 的冷拔弹簧钢, 用于制造直径在 13 mm 以下的低应力弹簧。这种冷拔弹簧钢丝, 经过多次冷强化, 弹簧成型后, 只需在 200～300℃保温 20～30 min 低温回火, 即可消除应力,提高强度极限和稳定尺寸, 或者不进行任何热处理。
3) 交货态为油淬火、回火的弹簧钢 该类弹簧钢材料在冶金企业冷拔后, 已进行淬火与中温回火处理, 所以弹簧成型后, 也只要进行低温稳定化处理。弹簧回火后如需进行矫正工序, 矫正后应在比回火温度低 10～20℃的情况下消除矫正应力。
4) 冷拔而未经淬火的弹簧钢 冷拔而未经淬火的弹簧钢如 60Si2MnA、50CrVA 等冷拔合金弹簧钢丝, 在弹簧成型后, 按热轧钢相同的方法进行热处理。
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