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彈簧材質應該具備哪些性能?

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1、 優良的表麵狀態和疲勞性能

(1)彈簧工作時,表麵承受的應力最大,疲勞損傷往往從鋼絲表麵開始。對於在重要場合使用的彈簧,如氣門彈簧和懸架彈簧,其使用壽命有數百萬次、千萬次甚至更長,這就對材料的疲勞性能提出了更高的要求。影響材料疲勞性能的因素很多,如化學成分、硬度、鋼的純度、表麵質量和金相組織,特別是材料的表麵質量。在彈簧工作過程中,材料的表麵缺陷,如裂紋、褶皺、鱗片、鏽跡、凹坑、劃痕、壓痕等,容易引起應力集中。應力集中位置往往是疲勞失效的疲勞源。
 
(2) 表麵脫碳易產生疲勞源,嚴格控製脫碳層深度也是非常重要的質量指標。為了提高彈簧材料的表麵質量,可以對材料表麵進行拋光或拋光。在拉拔鋼絲之前,可以通過剝落工藝剝去一層材料的皮,這樣可以去除大部分表麵缺陷。彈簧熱處理時,可采用控製氣氛或真空熱處理,防止表麵脫碳和氧化。

2、 高強度

(1)為了提高彈簧的抗疲勞破壞和鬆弛能力,彈簧材料應具有較高的屈服強度和彈性極限,特別是高的屈服強度比。一般來說,材料的彈性極限與屈服強度成正比,因此彈簧設計者和製造商總是希望材料具有較高的屈服強度。但是,彈簧材料的抗拉強度和屈服強度比較接近,例如冷拔碳鋼絲的屈服強度約為90%左右:由於抗拉強度比屈服強度更容易測量,所以抗拉強度是在材料交付時提供的,因此,在設計和製造中,通常以抗拉強度作為依據。
 
(2) 然而,拉伸強度越高,材料就越好。強度過高會降低材料的塑性和韌性,增加脆性傾向。材料的抗拉強度與其化學成分、金相組織、熱處理、冷加工(拉拔或軋製)程度及其它強化工藝有關。抗拉強度與疲勞強度之間也存在一定的關係。當材料低於1600mpa時,其疲勞強度隨拉伸強度的增加而增加。

3、 良好的塑性和韌性

(1)在彈簧製作過程中,材料需要經曆不同程度的加工變形,因此要求材料具有一定的塑性。例如,形狀複雜的拉扭彈簧的卸扣和扭臂曲率半徑很小時,在加工纏繞或衝彎時,彈簧材料應無裂紋、損傷等缺陷。同時,當彈簧承受衝擊載荷或可變載荷時,材料應具有良好的韌性,這對提高彈簧的使用壽命有很大的好處。

4、 嚴格的尺寸精度

(1)許多彈簧對載荷精度要求較高,如閥門彈簧的載荷偏差不應大於規定載荷的5%~6%。以圓鋼絲彈簧為例,當鋼絲直徑偏差為1%時,載荷將產生約4%的偏差。由此可見,嚴格的尺寸精度對保證彈簧的質量也非常重要。

5、 均勻性好

(1)材料的均勻性要求是指材料的化學成分、力學性能、尺寸偏差等指標的均勻性和穩定性。如果材料的性能各方麵不一致,將給彈簧的生產帶來很大的困難,導致產品的幾何尺寸、硬度、載荷等參數離散化,並產生嚴重的不均勻甚至廢品。
為滿足上述性能要求,彈簧鋼必須具有優良的冶金質量,包括嚴格控製化學成分、高純度、低雜質含量、低非金屬夾雜物含量,並控製其形狀、粒度和硬度。
(2) 此外,還要求鋼的均勻性和穩定性。彈簧鋼還應具有良好的表麵質量和高精度的形狀和尺寸。連鑄在彈簧鋼生產中得到了廣泛的應用。與壓鑄相比,連鑄可以通過電磁攪拌和低溫鑄造降低鋼的偏析,改善鋼的均勻性;減少二次氧化,改善鋼表麵脫碳;使鋼的組織和性能穩定均勻;提高產量和生產效率;配合爐外精煉技術,降低低氧含量,有效控製鋼的化學成分。
(3) 在彈簧鋼的尺寸偏差、斷麵形狀、表麵質量和沿鋼長的顯微組織均勻性要求不斷提高的情況下,國外廣泛采用全連軋機,不斷改進以實現高速化,無扭無張力軋製。為了保證鋼材的尺寸精度,采用短應力線或預應力軋機。 

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