弹簧的分类性能要求失效形式应用常见弹簧钢弹性合金Word格式.docx

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当然以上这些状况都是相对而言，日常行驶的话不会有这么严重的损坏，而且尽量不要激烈驾驶，毕竟原厂减震器承受不了高负荷的压力。

弹簧的性能要求

弹簧材料应具有的性能要求概括起来有如下几项内容：

1、较高的强度；

2、良好的塑表和韧性；

3、良好的表面状态和疲劳性能；

4、严格的尺寸和精度；

5、对材料的均匀性要求；

6、对弹簧的特殊要求；

7、脱碳对疲劳性能的影响。

1）高的强度：

为提高弹簧抗疲劳破坏和抗松弛的能力，弹簧材料应具有高的屈服强度与弹性极限，尤其要有高的屈强比（／）。

在通常情况下，材料的弹性极限与屈服强度成正比，因此弹簧设计和制造者总是希望材料具有高的屈服强度．而弹簧材料的抗拉强度和屈服强度较接近，如冷拔碳素钢丝的约为的90％左右：

由于抗拉强度比屈服强度容易测得，在材料交货中提供的都是抗拉强度，故在设计制造时一般都用抗拉强度作为依据。

但材料的抗拉强度并不是越高越好，强度过高会降低材料的塑性和韧性，增加脆性倾向。

材料抗拉强度的高低与其化学成分、金相组织、热处理状况、冷加工（拉拔或轧制）程度及其他强化工艺等因素有关。

抗拉强度与疲劳强度也有一定的关系，当材料的在1600MPa以下时，其疲劳强度随抗拉强度的增高而增高。

大致上材料的疲劳强度与抗拉强度遵循的关系是：

（其中为材料在对称循环下的疲劳强度）。

2）良好的塑性和韧性：

在弹簧制造过程中材料需经受不同程度的加工变形，因此要求材料具有一定的塑性。

例如形状复杂的拉伸和扭转弹簧的钩环及扭臂，当曲率半径很小时，在加工卷绕或冲压弯曲成形时，弹簧材料均不得出现裂纹、折损等缺陷。

同时弹簧在承受冲击载荷或变载荷时，材料应具有良好的韧性，这样对提高弹簧的使用寿命会有很大的裨益。

3）优良的表面状态和疲劳性能：

弹簧工作时表面承受的应力最大，而疲劳破坏往往是从钢丝表面开始的，对于用在重要场合的弹簧如气门弹簧、阀门弹簧及悬架弹簧都要求有几百万次，几千万次甚至更长的循环寿命，这就对材料的疲劳性能提出了很高的要求。

影响材料疲劳性能的因素很多，如材料的化学成分、硬度、钢材的纯净程度、表面质量和金相组织等，尤为重要的是材料的表面质量。

材料的表面缺陷，如裂纹、折叠、鳞皮、锈蚀、凹坑、划痕和压痕等，都易使弹簧在工作过程中造成应力集中。

其应力集中的部位常常是造成疲劳破坏的疲劳源。

疲劳源还易在表面脱碳的部位首先发生，因此严格控制脱碳层深度也是一个很重要的质量指标。

为提高弹簧材料的表面质量，可以对材料表面进行磨光或抛光，在钢丝拉拔前采用剥皮工艺剥除一层材料表皮，这样可以将大部分表面缺陷去掉。

弹簧热处理时可采用控制气氛或真空热处理，防止表面脱碳和氧化。

4）严格的尺寸精度：

许多弹簧对负荷精度有较高的要求，如气门弹簧的负荷偏差不得大于规定负荷的5％—6％，以具有圆钢丝的拉、压弹簧为例，如果钢丝直径偏差为1％，负荷就会产生4％左右的偏差。

由此可见，严格的尺寸精度对保证弹簧的质量也是十分重要的。

5）好的均匀性：

对材料的均匀性要求是指对材料的化学成分、力学性能、尺寸偏差等各项指标要求均匀和稳定一致。

如果材料各方面性能不一致，会给弹簧生产带来很大的困难，造成产品几何尺寸、硬度、负荷等参数的离散性，严重的不均匀性甚至会造成废品。

为了满足上述性能要求，弹簧钢必须具有优良的冶金质量，包括严格控制的化学成分、高的纯洁度、低的杂质含量、低的非金属夹杂物含量，并控制其形态、粒度和分布。

此外还要求钢质的均匀性和稳定性。

弹簧钢还应具有良好的表面质量（包括表面脱碳）和高精度的外形和尺寸。

以下部分不知道有没有用，编辑的时候可以删除，

目前主要采用电炉或转炉生产弹簧钢，其特点是功率大、容量大，在保证钢的质量同时具有经济性，用作一般机械用弹簧材料。

对于高使用性能弹簧的材料，目前，广泛采用钢包精炼、真空脱气等炉外精炼技术，如钢包吹氩、钢包精炼炉（LF）、真空处理（RH）等，以严格控制化学成分、降低气体和各种非金属夹杂物含量等。

而且还采用非金属夹杂物控制技术，控制非金属夹杂物的形态、粒度和分布，如喂人钙丝、喷吹钙粉等使非金属夹杂物中含有CaO，并控制其粒度；

在炼钢过程中通过调整脱氧剂和炉渣成分来改变非金属夹杂物的成分，使其在热轧时容易塑性变形。

使用RH脱气技术，可使氧含量大大降低，从而显著提高疲劳寿命。

在弹簧钢生产中已广泛采用连铸。

与模铸相比，采用连铸可通过电磁搅拌、低温铸造等技术减小钢的偏析，提高钢质的均匀性；

减少二次氧化，改善钢的表面脱碳；

使钢的组织和性能稳定、均匀；

提高收得率和生产效率；

与炉外精炼技术相配合降低氧含量和有效地控制钢的化学成分。

在对弹簧钢材的尺寸偏差、截面形状、表面质量（包括表面脱碳层深度）和沿钢材长度显微组织均匀性的要求不断提高的情况下，国外广泛采用了纵列式全连续轧机，并不断改进以实现高速、无扭、无张力轧制。

为了保证钢材尺寸精度采用短应力线或预应力轧机。

（2）合金元素在弹簧材料中的作用弹簧材料的化学元素主要以铁、碳为主，为保证弹簧能满足不同条件下工作的需要，则在碳素弹簧钢的基础上添加了一定量的合金元素，从而使材料具有碳素弹簧钢所没有的优良性能，如高的弹性极限、良好的淬透性和耐腐蚀性等。

各种合金元素在弹簧材料中的作用如下：

碳（C）是钢中重要的化学元素，弹簧钢的／（C）范围是0．3％~1．2％，其中碳素弹簧钢的／（C）在0．60％~0．90％之间，合金弹簧钢的／（C）在0．46％~0．75％之间。

含碳量越高，钢的硬度和强度越高，但塑性降低，脆性增加。

锰（Mn）在弹簧钢中一般加入量为1％左右。

其优点是淬透性好、强度较高、脱碳倾向较小，缺点是有过热敏感性和回火脆性倾向，淬火时开裂倾向亦较大。

硅（Si）在碳素钢中的（Si）通常不超过0．37％，它是作为冶炼过程中的脱氧剂而加钢中的。

含硅的合金弹簧钢其（Si）在0．70％~2．80％之间。

由于硅能溶人铁素体中，入使铁素体显著强化，从而提高了钢的强度和屈强比，硅还能提高钢的淬透性和回火稳定性。

但弹簧钢中含硅量不能过高，否则会造成钢的晶粒粗化，增加石墨化倾向。

铬（Cr）能提高淬透性、细化晶粒，是制造高疲劳性能弹簧所用合金钢中的重要元素之一，当（Cr）达到13％以上时，具有很好的防腐蚀能力，是制造弹簧所用不锈钢中的主要添加元素。

但铬能引起回火脆性，回火后均需快冷，以避免回火脆性的产生。

镍（Ni）是我国资源较少的元素，一般弹簧钢中很少使用，它是奥氏体不锈钢中的主要成分之一。

镍主要用于形成稳定奥氏体组织，铬镍奥氏体的组织稳定，高温下长期使用也不会脆化。

钒（V）是强碳化物元素，和碳能结合成熔点很高的碳化钒，合金弹簧钢中加入少量的钒，则细化晶粒的作用就已十分明显，如50CrVA的（V）仅为0．1％—0．2％。

弹簧钢中加入了钒细化了晶粒、降低了过热敏感性、提高了钢的静强度和疲劳强度。

钨（w）主要作用是提高钢的淬透性耐热性能，使弹簧在较高温度下仍能保持高的强度和弹性，钨还能细化晶粒，如常用的弹簧材料65Si2MnWA，其淬透性、耐热性能都优于50CrVA。

硼（B）能大大提高弹簧淬透性，加入极微量的硼（质量分数为十万分之几），作用就极为明显。

在硅锰弹簧钢的基础上加入微量的硼以后淬透性明显提高，在某些耐高温的合金弹簧材料中加入硼，能增加材料的持久强度。

铝（A1）、钛（Ti）、铌（Nb）主要添加在弹簧用不锈钢或其他特殊用途的弹簧材料中，主要目的是提高材料的耐腐蚀性能或与镍、钼等组成沉淀硬化相，起到沉淀强化作用。

钴（Co）是恒弹性材料，钴在3J21、3J32中作为主要添加元素，能使弹簧材料获得高的弹性极限，并且弹性模量温度系数也很小。

但钻是贵重合金元素，除非必要，一般不轻易使用。

铜（Cu）常作为铜合金中的基体元素，与其他添加的元素组成铜合金弹性材料。

如与锡（Sn）、磷（P）、组成锡磷青铜，与硅、锰组成硅青铜，与铝组成铝青铜，与铍（Be）组成铍青铜等。

以铜镍为主的蒙乃尔弹性合金有很好的耐腐蚀性能。

铍（Be）主要是加人铜中组成铍青铜。

铍青铜有优良的弹性性能。

但铍有毒，且价格也很贵。

上述各种合金元素可以单独添加，也可以几种元素一起添加，几种元素一起添加所起的作用要远大于每种元素单独添加所起作用的叠加，所以现在新研制的弹簧钢，在合金元素方面，都倾向于采用少量多元的办法。

钢中除了以上这些有益元素外，还不可避免地存在一些有害的杂质。

如硫（S）、磷（P）等。

这些杂质会降低钢的塑性和韧性，增加脆性，形成的夹杂物严重地降低弹簧的寿命，所以要求这两种有害元素在钢中的含量越少越好。

弹簧的失效形式

不同材料的弹簧在工作过程中都会因其特性而对工作条件有所要求，由于弹簧的工作条件，其主要失效形式有以下几种。

　　①塑性变形。

外载荷产生的应力大于材料的屈服强度。

掉后，弹簧不能恢复到原来的尺寸和形状。

　　②快速脆性断裂。

某些弹簧存在材料缺陷（如粗大夹杂物，过多脆性相）、加工缺陷（如折叠、划痕）、热处理缺陷（淬火温度过高导致晶粒粗大，回火温度不足使材料韧性不够）等，当受到过大的冲击载荷时，发生突然脆性断裂。

　　③疲劳断裂。

在交变应力作用下，弹簧表面缺陷（裂纹疲劳源，裂纹扩展后造成断裂失效。

折叠、到痕、夹杂物）处产生

　　④在腐蚀性介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；

在高温下使用的弹簧配件易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。

材料应用

大多数材料都有不同程度的弹性，如果将其弯曲，便会以很大的力量恢复其原形。

在人类历史上，一定很早就注意到树苗和幼树的树枝有很大的挠性，因为许多原始文化利用这一特性，在特制的门后或笼子后楔上一根棍，或者用活结套在一根杆上向下拉；

一旦松开张力，这根棍或杆就会往回弹。

他们就用这种办法来捕捉飞禽走兽。

实际上，弓就是按这种方式利用幼树弹性的弹簧；

先向后拉弓，然后撒手，让其回弹。

中世纪时，这种想法开始出现在机械上，如纺织机、车床、钻机、磨面机和锯。

操作者用手或脚踏板给出下压冲程，将工作机械往下拉，这时用绳索固定在机械上的一根杆弹回，产生往复运动。

弹性材料的抗扭性不亚于它的抗挠性。

希腊帝国时期（大概是公元前4世纪）发明了用搓成的腱绳或毛绳拉紧的扭簧，用以代替简单的弹簧来加强石弩和抛石机的威力。

这时人们开始认识到，金属比木头、角质或任何这类有机物质的弹性更大。

菲洛（其写作年代约为公元前200年）把它作为一项新发现来进行介绍。

他估计读者是难以置信的。

凯尔特人和西班牙人的剑的弹性，引起了他的亚历山大城的前辈的注意。

为了弄清楚剑为什么有弹性，他们进行了许多实验。

结果他的师傅克特西比发明了抛石机，抛石机的弹簧是用弯曲的青铜板作成的——实际上是最早的片簧；

菲洛本人又进一步改进了这些抛石机。

富有创造性的克特西比在发明这种抛石机后，又想出了另一种抛石机—一它利用汽缸内空气在受压的情况下产生的弹性工作。

在很久以后人们才想到：

如果压缩一根螺旋杆，而不是弯曲一根直杆，那么金属弹簧储存的能量就会更大。

据伯鲁涅列斯基的小传记载，他制作过一口闹钟，其中使用了若干代弹簧。

有人指出，在附有一些奇特的螺旋弹簧钟表图的15世纪末叶的一本机械手册中有这架闹钟的图样。

这类弹簧也用于现代的捕鼠器。

带圈簧（水平压缩而不是垂直压缩的弹簧）的钟表，在1460年左右肯定已开始使用了，但基本上是皇室的奢侈品，大约又过了1个世纪，带弹簧的钟表才成为中产阶级人士的标志。

常用弹簧钢，弹性合金

弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。

钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。

弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能（特别是弹性极限、强度极限、屈强比）、抗弹减性能（即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能）、疲劳性能、淬透性、物理化学性能（耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等）。

为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量（高的纯洁度和均匀性）、良好的表面质量（严格控制表面缺陷和脱碳）、精确的外形和尺寸。

几种常用弹簧钢，1．70号钢，2．t9A，3．65Mn，4．60Si2MnA。

1．70号钢1.1综述：

该钢有较高强度，但淬透性较低，适宜于制造截面较小的弹簧（φ≤15mm）。

冷作硬化的钢丝，在冷状态下缠绕成形，只作低温回火，消除应力。

该钢切削加工性尚好，淬火变形大。

主要用于不经淬火的小型螺旋弹簧、弹簧片、弹性垫圈、止动圈等。

1.2成分C:

0.67-0.75%Mn:

0.50-0.80%Si:

0.17-0.37%S≤0.035%P≤0.035%Cr≤0.25%Ni≤0.25%Cu≤0.25%1.4热处理制度：

棒材：

830℃OC+480℃AC

2．t9A2.1综述：

该钢为高级优质碳素工具钢和弹簧钢。

淬火回火后具有较高的硬度和韧性，淬透性差，淬火变形大，塑性较低，常用于制造具有较高硬度、不受剧烈震动冲击的工具和弹簧。

2.2成分（WC%）C:

0.85-0.94Mn≤0.40Si≤0.35S≯0.020P≯0.0302.4

3．65Mn3.1综述：

该钢为常用弹簧钢。

它强度高、淬透性好、脱碳倾向小、价格低、切削加工性好。

但有过热敏感性，易产生淬火裂纹，并有回火脆性。

用途广泛，用于制造各种截面较小的扁、圆弹簧、板簧和弹簧片。

3.2成分（WC%）C:

0.62-0.75Mn0.90-1.20Si:

0.17-0.37S≤0.030P≤0.035Cr≤0.25Ni≤0.25

4．60Si2MnA4.1综述它是用途十分广泛的一种合金弹簧钢。

该钢淬透性好。

淬火回火后具有较高的强度和弹性极限。

较高的屈强比（б0.2/бb）和抗松弛能力及回火稳定性。

如需用等温淬火其综合性能更好。

尤其疲惫寿命明显进步,但该钢脱碳倾向大,冷变形塑性低。

切削加工比较重。

主要用于250℃以下工作的厚度小于10mm。

直径<

25mm的各种板簧、螺旋弹簧、安全阀弹簧、减振弹簧、仪表弹簧等。

4.2化学成份（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。

5．50CrVA5.1综述该钢是高级优质弹簧钢。

具有高的比例极限和强度，高的疲惫度和良好的塑性及韧性，良好的回火稳定性，当加热到300℃弹性仍可保持。

该钢切削加工性尚好。

但冷作塑性较差。

焊接性差。

适用于制造重要的承受大应力的各种弹簧，使用温度不超过400℃。

5.2化学成份（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。

弹簧材料的选择方法

弹簧的质量好坏和经济与否，与弹簧材料选择得是否合理有很大的关系。

一般，选择弹簧材料时，应考虑到弹簧的载荷性质、应力大小、尺寸规格、工作条件以及价恪等诸因素。

具体可遵循以下原则：

1）在确定弹簧材料的截面形状和尺寸时，应优先选甩国家标准或部颁标准所规定的尺寸规格，尽量避免选用非标准规格的材料。

虽然正方形或矩形截面材料的螺旋弹簧，其弹性变形比能较高，可使弹簧的体积小型化，适用于空间位置小或受冲击载荷作用的弹簧，但是，由于正方形或矩形截面材料的来源短缺、价格较高，且弹簧成形比较困难，所以应尽量避免选用。

圈截面弹簧材料直径系列见表3-9。

2）冷拔（轧）弹簧材料的冷塑性变形的程度高，大多数成品钢丝在钢厂出厂时已经达到了所要求的机械性能，钢丝的表面质量高，弹簧制造工艺简单。

对于中、小型弹簧，或疲劳寿命要求高的弹簧，应尽量选用冷拔（轧）或冷拔（轧）后磨光的弹簧钢丝或钢带。

碳素弹簧钢丝（I组、Ⅱ组、Ⅱa组、皿组）和重要用途的65Mn弹簧钢丝由于在冷拔加工的过程中产生了较大的残余应力，经低温回火后尺寸变化较大，因而影响弹簧的尺寸精度。

对于弯曲半径较小的拉、扭弹簧以及钢丝直径较小的压缩弹簧，应优先选用这类钢丝。

油淬火回火钢丝投有残余应力，冷成形时，弹簧的尺寸精度容易控制，低温回火后尺寸变化很小，特剐是因为没有残余应力，抗松弛性能比铅淬冷拔的碳素弹簧钢丝好。

对尺寸精度要求较高的弹簧和钢丝直径较粗并要求抗松弛性能好的弹簧，则应选用油淬火回火钢丝。

　　3）在选择材料时，应结合材料直径或厚度考虑材料的淬遗性。

常用弹簧钢在油中能淬透的尺寸见表3-10。

　　直径7mm以下的碳素弹簧钢可用油淬，对于尺寸稍大的各种弹簧，可用淬遗性较好的锰弹簧钢，如直径15mm的65Mn弹簧钢可在油中淬透，直径25mm的可用水淬。

对于中等截面的螺旋弹簧、板簧和碟形弹簧可选用硅锰弹簧钢，如直径25mm的60Si2Mn钢可用油淬，对于承受重载荷大截面的弹簧，可选用淬透性更高的硅铬钢，铬钒钢，如60Si2CrA．50CrVA钢丝，直径45mm也可在油中淬透。

　　4）对承受静载荷及有限作用次数的变载荷的弹簧，可选用65、70、60Si2MnA、65Si2MnWA和50CrVA等弹簧钢。

　　对承受变载荷或冲击载荷的弹簧和重要且不易维修的弹簧，可选用50CrVA和QBe2等材料。

　　对要求耐腐蚀性能及防磁性能高、导电性能好的弹簧，可选用QS13-1，QSn4-3，Qsn6.5-0.1，QBe2,lCr18Ni9Ti和4Cr13等材料。

　　5）对于在高温下工作的弹簧，如电站设备的安全阀、控制阀用弹簧、调速弹簧，气封弹簧片、转子发动机的刮片弹簧及压缩机的阀弹簧等，都提出了不同程度的耐热要求。

目前，对于要求不高的耐热弹簧，常用60Si2CrA、50CrVA、60Si2CrVA、30W4CrlVA等。

某些不锈弹簧钢在300～400℃温度下也具有一定的耐热性。

有些热作工具钢（如W18Cr4V等）由于其红硬性，耐热性能好，有时也可用作耐热弹簧材料。

当要求使用温度在500℃以上时，则需选用高温弹性合金。

弹簧钢和弹性材料的容许工作温度见表2-10。

　　在低温条件下，碳素弹簧钢、一般合金弹簧钢、3Cr13、4Cr13不锈铜以及弹簧用镍合金等可用到-40℃。

在更低温度（-200℃）下刚需用lCrl8Ni9，lCr18Ni9Ti，QSn4-3、QSn6.5-0.1、QBe2以及MonelK500、Incone1718等，它们在一定的低温范围，机械性能比在常温下都有所提高。

　　尚要指出的是，在高温环境下工作的弹簧，其材料的弹性模量、强度和硬度，疲劳强度都会有不同程度的降低，在低温环境下工作的弹簧，材料的冷脆性对表面缺陷十分敏感，因此，对材料的表面质量应严格要求。

另外，镀锌和镀镉会引起冷脆，故使用时应予以注意。

　　6）对于衡器和仪表中使用的精密计量弹簧，为保证精度要求，一般选用弹性楱量和膨胀系数变化很微小的恒弹性合金。

　　7）选材时，在考虑上述因素后，应尽可能选用价格低、来源方便的弹簧材料，以降低成本。

弹性合金elasticalloy精密合金的一类，用于制作精密仪器仪表中弹性敏感元件、储能元件和频率元件等弹性元件。

弹性合金除了具有良好的弹性性能外，还具有无磁性、微塑性变形抗力高、硬度高、电阻率低、弹性模量温度系数低和内耗小等性能。

弹性合金包括Fe-Ni-Cr系、Ni-Ct系、Ni-Cr-Nb系、Ni-Co-Cr系、Nb-Ti系、Fe-Ni-Co系等。

此外，实际常用的还有铜基合金，如锡磷青铜、铍青铜等。

　弹性合金用于精密仪表中的弹性敏感元件、储能元件和频率元件。

它一般分为高弹性合金和恒弹性合金，前者要求具有高的弹性极限、低的滞弹性效应，耐热性好，可在较高的温度下工作；

后者要求在一定的温度范围内弹性模量几乎不随温度变化。

此外，铜基弹性合金应用也很普遍，这类合金的特点是无磁和导电良好。

锡磷青铜主要用于导电性能良好的弹簧接触片或其他弹簧、精密仪表中的耐磨和抗磁弹性元件等。

铍青铜用于制造重要的弹簧和弹性元件，由于其弹性模量低，而弹性极限又相对的高，故在制作膜片、膜盒、波纹管及微型开关方面，得到广泛应用。

弹性合金一般都在真空中冶炼，半成品或成品元件亦多在真空或保护气氛中进行热处理。