彈簧材料(Liao)的發(Fa)展

随着彈(Dan)簧應用技術[Shu]的發展，對彈[Dan]簧材料提(Ti)出了[Le]多的要求(Qiu)。主要(Yao)是在高(Gao)應力下的提高疲勞壽[Shou]命和抗松(Song)弛性(Xing)能方面；其次是[Shi]根據不同的用途，要求[Qiu]具有耐蝕性(Xing)、非磁[Ci]性、導電[Dian]性、性、耐熱性等方面。為此，彈簧材料除了新品種外(Wai)，另從嚴格控制化學成分，降低非金屬夾雜，提高表面質量和尺寸精度等方(Fang)面取得了有(You)益的成效。

（1）彈(Dan)簧鋼生産工[Gong]藝的發展  為了提高彈簧鋼的質量[Liang]，工業發達已普通采用爐(Lu)外(Wai)精煉技術、連(Lian)鑄工藝、新型[Xing]軋(Zha)制和在線自動檢測及控制設備等(Deng)。

為了鋼的化學成分，降低(Di)氣體和(He)各種非[Fei]金屬加夾物的含量，采用大容量電爐或轉爐[Lu]熔煉，采用爐外[Wai]鋼包精煉，使氧含量（質量[Liang]分數）降至（0.0021~0.0010）%，生[Sheng]産出超純淨(Jing)鋼，從(Cong)而提高了彈簧的設計和工作(Zuo)應力。

連鑄生産工藝[Yi]在彈簧(Huang)鋼生産中已被廣泛采(Cai)用[Yong]。連鑄可(Ke)通過電磁攪拌、低溫鑄造等技術減小鋼的偏析，減小二[Er]次氧化，表[Biao]面脫碳，使組織[Zhi]和性[Xing]能穩定、均[Jun]勻。

采用分列式全連續軋(Zha)機，可提高尺寸精[Jing]度，表面質量，同時[Shi]也可使鋼材沿長度顯微[Wei]組織均勻。在軋制過(Guo)程中為了産品的表[Biao]面質量采用在線自動檢測和控制。為了(Le)适合變[Bian]截面彈簧扁鋼生産而(Er)了奧[Ao]氏體[Ti]軋制成形新工藝，即先将鋼加[Jia]熱到奧氏體區再急冷至(Zhi)亞穩奧氏[Shi]體(Ti)區進行塑性[Xing]加工并淬火[Huo]處理。這(Zhe)種工藝可使鋼在(Zai)不降低[Di]塑性的同(Tong)時提[Ti]。此[Ci]外還有通過(Guo)軋後在線熱處理和表面[Mian]硬化處[Chu]理來[Lai]提高彈簧鋼[Gang]的性能等。

（2）合金[Jin]鋼[Gang]的發展  合金元素的[De]主要作用是提高力學性[Xing]能，工藝[Yi]性能及賦予某種(Zhong)性能。氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛[Fan]應用SiCr鋼。Si是抗(Kang)應力松弛的合金元素，在SiCr鋼中添加V、Mo形成[Cheng]SiCrV和SiCrMo鋼，可以提高(Gao)疲勞(Lao)壽命和抗松弛性能。同時[Shi]SiCr拉拔鋼絲，其在高溫下工作時(Shi)的抗松弛性能，比琴鋼絲和重要用途碳素彈[Dan]簧鋼絲要好。随着[Zhe]發(Fa)動機高速[Su]小型化，抗顫振性能好、質量輕(Qing)、彈性模量小的Ti合金(Jin)了較為廣(Guang)泛的應用(Yong)，其強[Qiang]度[Du]可達2000 MPa。

（3）低碳奧氏體鋼的[De]發展[Zhan]  低碳奧氏體鋼38SiMnB是我(Wo)國自[Zi]主的一種新型的(De)彈(Dan)簧鋼，在此基礎(Chu)上的38SiMnVBE具優(You)越性，具(Ju)有高強韌性、高淬(Cui)透性、高應用性和比。在進(Jin)行   晶粒控(Kong)制軋制後，其抗[Kang]拉強(Qiang)度 =（2030~2140）MPa，屈服[Fu]強度 =（900~2010）MPa，伸[Shen]長率[Lü] =（12~15）%，面縮率 =（48~55）%。為[Wei]少片變截面闆(Pan)彈簧提供了的(De)材料。

（4）不鏽(Xiu)鋼的發展  我國(Guo)是生産不[Bu]鏽鋼的大國，随着不(Bu)鏽鋼[Gang]的生産發展[Zhan]，自[Zi]然[Ran]也了不少品種，目(Mu)前已達50多種，，基本滿足了國内生産[Chan]發展的需要，對當(Dang)前的一些新品種[Zhong]作簡要說(Shuo)明。

1）奧氏[Shi]體不鏽鋼體系的[De]初步形成(Cheng)。為了碳(Tan)元素造(Zao)成的不鏽[Xiu]鋼晶(Jing)界腐蝕疲勞，出低碳奧氏體不[Bu]鏽鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為了提[Ti]高其性能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等元素。

2）含氮不鏽鋼的發展。 在不鏽鋼中以氮代碳取(Qu)得了成果。在奧氏(Shi)體[Ti]不鏽鋼中N和C有(You)許(Xu)多共同特性。N穩定奧氏體的作(Zuo)用比Ni大，與C相(Xiang)當。N與Mn結合能取代比較貴的Ni。

在[Zai]奧氏體中[Zhong]N也是的固溶元素之(Zhi)一(Yi)。N與Cr的親和力要比(Bi)C與Cr的親和力小，奧(Ao)氏(Shi)體鋼很少見[Jian]到Cr2N的析出。因此N能在不[Bu]降[Jiang]低[Di]耐蝕性能的基礎上，提高不鏽鋼強度。

3）   鐵[Tie]素體不(Bu)鏽鋼的發展[Zhan]。 鐵素體不鏽鋼具有(You)良好的腐蝕性能和[He]   性能，其抗(Kang)應力腐蝕(Shi)性[Xing]能優于[Yu]奧氏[Shi]體不[Bu]鏽鋼。價(Jia)格比奧氏體[Ti]不鏽鋼(Gang)便宜。但存在(Zai)可焊[Han]性差[Cha]、脆性傾向[Xiang]比較大的缺點，生産和[He]使用受到限[Xian]制。通過降低鋼(Gang)中的碳和[He]氮的[De]含量，添加Ti、Nb、Zr、Ta等穩[Wen]定化元素，添加Cu、AI、V等焊縫金屬韌化元素三種[Zhong]途徑，可以鐵素體鋼的可焊性和[He]脆性(Xing)。

4）奧氏體鋼[Gang]的發展[Zhan]。 奧氏體(Ti)鋼指Cr、Mo、N含量顯[Xian]着高于常規不[Bu]鏽鋼的奧氏體鋼。其中比較着名的[De]是含6% Mo的鋼（245S Mo）。這類鋼具有非常好的耐局部腐蝕性能，在海水、充氣、存在縫隙(Xi)、低速沖刷條件(Jian)下，有(You)良好的抗點蝕性能[Neng]（PI 40）和較[Jiao]好的[De]抗[Kang]應力腐蝕性(Xing)能，是Ni基合金和钛合(He)金的代用材料。

5）超馬氏體不鏽鋼的(De)發展。 傳(Chuan)統的馬氏體不鏽鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺[Que]乏足夠的延(Yan)展性，在冷頂鍛變形過程[Cheng]中對應力敏感，冷加工成(Cheng)形比較困難。加之鋼的可[Ke]焊(Han)性比較差(Cha)，使用範圍受[Shou]到限制。為克服馬氏體鋼的上述不足，近來已找到[Dao]一種途徑，就是(Shi)通過降低(Di)鋼的C、Ti含量，增[Zeng]加Ni含量[Liang]，一個[Ge]新系列合(He)金[Jin]鋼(Gang)——超馬氏體鋼。這類鋼[Gang]抗(Kang)拉，延展性好(Hao)，焊(Han)接性能也，因此超馬氏體鋼又稱為軟馬氏[Shi]體鋼或可[Ke]焊接馬氏[Shi]體鋼。

（5）彈簧(Huang)鋼絲(Si)的發展  彈簧鋼絲經過100的發[Fa]展，工藝技術經曆[Li]了由鉛淬火到油淬[Cui]火，現又發展到感應加熱淬火。再(Zai)加上工藝[Yi]技術裝(Zhuang)備和(He)完善，品種質量不斷新。近來的[De]閥門用彈簧鋼絲[Si]感應加熱淬火和(He)回火處理[Li]工藝，試驗證(Zheng)明，由于感應加熱[Re]時間短，淬火組織細(Xi)小，鋼絲表[Biao]面(Mian)幾乎沒(Mei)有脫碳(Tan)層，所以其[Qi]塑性、韌性、抗[Kang]松弛(Chi)性、斷裂[Lie]韌性、延遲斷裂抗力、疲勞壽命等都[Dou]比[Bi]油淬火回火鋼絲有較大提高(Gao)。

另一種(Zhong)研究取得成效的   晶粒(Li)形[Xing]變熱處理鋼[Gang]絲已能實地應用，   晶粒形變[Bian]熱處理是組織   化(Hua)與形變熱處理相[Xiang]結合的一種[Zhong]複合強韌化工藝。它既可提高[Gao]鋼絲的力學性能，同時又能鋼(Gang)絲的表面[Mian]質量[Liang]。材料表面質量對[Dui]疲勞性(Xing)能影[Ying]響很(Hen)大。為了表(Biao)面質[Zhi]量，對有要求的材料采用(Yong)剝皮工藝，将[Jiang]表層去[Qu]掉0.1mm。對0.5mm的缺陷采用渦[Wo]流探[Tan]傷。對(Dui)拔絲過程(Cheng)表面産生的凹凸不平，可用電(Dian)解研磨，使表面粗糙度[Du]降到 =（6.5~3.4） m。

（6）不鏽鋼絲的發展[Zhan]  近(Jin)年來不鏽彈簧鋼絲生産發展較(Jiao)快。國内需(Xu)求量增大的品種主[Zhu]要為1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。

的鋼(Gang)絲生産[Chan]工(Gong)藝流程特點是盤(Pan)條先剝皮處理(Li)，去(Qu)除熱加工在表面[Mian]造成的缺陷，除次[Ci]固溶處(Chu)理後要進行酸洗外，整個[Ge]冷(Leng)加[Jia]工過程均保持[Chi]光亮表面。

随着工(Gong)藝的發展，不[Bu]繡鋼[Gang]絲生産[Chan]流程進一[Yi]步(Bu)簡化(Hua)，将部分(Fen)原[Yuan]屬金[Jin]屬制品行業質[Zhi]量控制簡化，轉換為對盤條質量的要求(Qiu)。在粗(Cu)拉絲機(Ji)後，應用清潔(Jie)球擦拭和水[Shui]中清洗(Xi)，去除表面塗層和殘(Can)餘潤滑膜[Mo]。在光亮熱處理前配備(Bei)電(Dian)解酸[Suan]洗、堿(Jian)中和(He)、水沖洗和烘幹裝(Zhuang)置，   去除(Chu)鋼絲表面油污，表面質(Zhi)量。

（7）形狀(Zhuang)記憶合金的  目(Mu)前(Qian)在彈簧方面(Mian)有應用前途[Tu]的單向(Xiang)形狀[Zhuang]記憶[Yi]合金，以50Ti和50Ni性能。形狀(Zhuang)記憶合金制(Zhi)成(Cheng)的彈簧，受溫度的作(Zuo)用可[Ke]伸縮。主要用于(Yu)恒溫、恒(Heng)載荷、恒[Heng]變形(Xing)量的控制系[Xi]統中。由于是靠彈簧伸縮推動執行機構，所以彈簧的工作[Zuo]應力變化[Hua]較大。

（8）陶瓷的應用  陶[Tao]瓷的(De)彈性模量(Liang)高，斷裂強度低[Di]，适用于變形不大的[De]地方。目前(Qian)正在的有耐熱(Re)、、絕緣[Yuan]性好的陶瓷，應用的有超塑性鋅合金（SPZ），在[Zai]常溫下具有高的強度。另外，還有的氮化矽，能(Neng)，可達1000℃。但陶瓷彈(Dan)簧不适用于在(Zai)沖(Chong)擊載荷下工[Gong]作(Zuo)。

（9）纖維增強塑料在彈簧中應[Ying]用  玻璃纖[Xian]維增強塑料(Liao)（GFRP）闆簧在英、美和日本等國(Guo)已廣泛應用(Yong)，除[Chu]用于橫置懸架外[Wai]，還可[Ke]用于輕型車輛，如賽車的縱置懸架(Jia)。目前又研制成[Cheng]功了碳素纖維[Wei]增強塑料[Liao]（GFRP）懸架(Jia)彈簧，比金屬闆簧要輕20%。