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弹簧钢材料_图

作者:新2直营现金网 发布于:2020-12-21 14:21 点击量:

  弹簧钢材料_材料科学_工程科技_专业资料。一、概述 1、弹簧特性及其弹簧钢材料的重要性 弹簧产品是靠利用材料的物理特性, 通过一定的转换方式来实现其储存能量和 释放能量的使用功能的。材料特性在很大 程度上决定了弹簧的力学特性,影响着弹 簧的设

  一、概述 1、弹簧特性及其弹簧钢材料的重要性 弹簧产品是靠利用材料的物理特性, 通过一定的转换方式来实现其储存能量和 释放能量的使用功能的。材料特性在很大 程度上决定了弹簧的力学特性,影响着弹 簧的设计开发和技术性能要求的提升。 第1页/共43页 现代弹簧材料品种的发展,特别是新 型的高强度金属合金的不断出现和物理特 性的提高,使弹簧产品有了更高更广的效 能;同时弹簧产品制造加工工艺的不断更 新和优化,如结构成形、热处理和表面涂 装等,使弹簧的应用和发展更能满足其功 能要求,进一步提升了弹簧产品使用的安 全性、经济性和环保特性。 第2页/共43页 常用的弹簧材料有金属材料和非金属材 料两大类。 常用的金属材料有:弹簧钢(包括最 近发展起来的超纯净弹簧钢)、弹簧用不 锈钢、弹簧用铜合金及镍合金、弹簧用其 他特殊合金等。 可以说:弹簧材料尤其是金属材料中的弹 簧钢对弹簧的技术性能及其质量特性至关 重要。弹簧行业有句俗语:“七分材料, 三分工艺”就是这个意思。 第3页/共43页 2、常用弹簧金属材料的技术标准 第4页/共43页 第5页/共43页 3、弹簧钢材料应具有的性能 1)高的强度:为提高弹簧抗疲劳破坏和抗 松弛的能力,弹簧材料应具有一定的屈服强度 σs与弹性极限σe,尤其要有高的屈强比 (σS/σb)。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σb和屈服强度σS较接近,如冷拔碳素钢 丝的σS约为σb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 第6页/共43页 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σb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:σ-1≈ (0.35~0.55)σb(其中σ-1为材料在对称循 环下(如交变载荷)的疲劳强度)。 第7页/共43页 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,这样能明显 提高弹簧的使用寿命。 第8页/共43页 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,如轿车发动机气门弹簧一般要求疲 劳寿命2.3×107次~3.0×107次,中高档轿 车悬架弹簧一般要求2.0×106次~5.0×106 次甚至更长的疲劳寿命,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 第9页/共43页 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。 第10页/共43页 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%,以采用圆 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。 第11页/共43页 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。 第12页/共43页 6)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、高的纯净度、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。 第13页/共43页 4、超纯净弹簧钢的概念 超纯净弹簧钢是近年来欧洲新提出来的弹 簧钢概念,它不能算是一种新材料,只是对某 些高强度弹簧钢的改进。基本的思路是尽量消 除高强度弹簧钢中高熔点、高硬度或脆性夹杂 物,在降低杂质元素、提高钢的纯净度的基础 上,通过工艺调整和添加剂显著降低高硬度或 脆性夹杂物百分比含量,从而提高弹簧的综合 力学性能,提高弹簧的使用工作应力、寿命和 可靠度。 第14页/共43页 目前这类材料主要有瑞典Garphyttan公司 的OTEVA70SC、OTEVA75SC、 OTEVA90SC,法国Trefileurope公司的TH381E、TH-381HRE。亚洲日本、中国、韩国 等一流的钢铁公司如日本神户、新日铁、韩 国浦项、中国宝钢等通过特殊精炼也具有类 似的材料和性能,如日本新开发的UHS系列, 其最高使用工作应力可达到1300Mpa。目前 国内进口的常用材料型号为日本JIS标准的 SWOSC-V或美国SAE标准的9254-V等(其实 质是中国标准GB/T 18983的VDCrSi材料)。 第15页/共43页 二、国内弹簧钢材料

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