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弹簧钢丝的尺度及用处

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     弹簧是机器行业和一样平常生存中常用的。弹簧在弹性范畴内利用,卸载后应复兴到原来地位,盼望塑性变形越小越好,因而钢丝应具有高的弹性极限,屈从强度和抗拉强度。屈强比越高,弹性极限就越靠近抗拉强度,因此越能进步强度使用率,制成的弹簧弹力越强。
  弹簧依托弹性变形吸取打击能量,以是弹簧钢丝纷歧定要有很高的塑性,但最少要有能接受弹簧成型的塑性,以及充足的能接受打击能量的韧性。
  弹簧通常在交变应力作用下临时事情,因而要有很高的委顿极限,以及精良的抗蠕变和抗松懈功能。
  在特定情况中利用的弹簧,对钢丝还会有一些特别要求,比方:在腐化介质中利用的弹簧,必需有精良的抗腐化功能。精细仪器中利用的弹簧,应具有临时波动性和敏捷性,温度系数要低,品格要素要高,后效作用要小,弹性模量要恒定。在低温条件下事情的弹簧,要求在低温时仍能坚持充足的弹性极限和精良的抗蠕变功能等。
  别的,还应思索弹簧钢丝的成形工艺和热处置工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货形态钢丝间接绕制弹簧,弹簧成形后经消弭应力处置间接利用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大,绕制弹簧很难,以是冷拉弹簧钢丝利用规格一样平常小于8.0mm,油淬火回火钢丝利用规格一样平常小于13.0mm。实践上直径13.0mm弹簧多选用轻拉形态弹簧钢丝,冷拉绕制成形后再淬回火利用。直径15.0mm以上钢丝大多接纳加热绕制工艺制簧。
  弹簧依据运转形态可分为静态簧和静态簧。静态弹簧指退役期振动次数有限的弹簧,如宁静阀弹簧,弹簧垫,秤盘弹簧,定载荷弹簧,机器弹簧,腕表游丝等。静态弹簧指退役期振动次数达1×106次以上的弹簧,如发起机阀门弹簧,车辆悬挂簧,防震弹簧,联轴器弹簧,电梯缓冲弹簧等。静态弹簧选材时次要思索抗拉强度和波动性,静态弹簧选材时次要思索委顿,松懈及共振功能。
  弹簧依据负荷情况可分为轻载荷、一样平常载荷和重载荷三种形态。轻载荷指接受静态应力,应力较低,变形量较小的弹簧,如宁静安装用弹簧,吸取振动用弹簧等。设计利用寿命103~104次。
  一样平常载荷指设计寿命105~106次,在振动频率300次/min条件下利用的平凡弹簧。在许用应力范畴内,寿命1×106次,载荷应力越低,寿命越长。
重载荷指永劫间事情、振动频仍的弹簧。如阀门弹簧,氛围锤、压力机、液压控制器弹簧,其载荷较高,每每在低于许用应力10%左右利用,利用寿命大于1×106次,通常为107次。
  弹簧选材的准绳是:起首满意功效要求,其次是强度要求,才思索经济性。
  碳素弹簧钢是弹簧钢中用处普遍,用量大的钢类。钢中含0.60%~0.90%的碳和0.3%~1.20%的锰,不再添加别的合金元素,利用本钱绝对较低。碳素弹簧钢丝经得当的加工或热处置,可以取得很高的抗拉强度,充足的韧性和精良的委顿寿命。但碳素钢丝的淬透性低,抗松懈功能和耐蚀功能差,弹性模量的温度系数较大(高达300×10-6/℃),实用于制造截面较小,事情温度较低(120℃>)的弹簧。
  合金弹簧钢一样平常含0.45%~0.70%的碳和肯定量的Si,Mn,Cr,V,W及B等合金元素。合金元素的参加改进弹簧钢的抗松懈功能,进步钢的韧性,同时明显进步钢的淬透性和利用温度,实用于制造较大截面,较低温度下利用的弹簧。国际外弹簧钢常用牌号比较如表1。  表1 国际外弹簧钢常用牌号比较表

 
  2 弹簧钢丝尺度、实用范畴及工艺特点
  我国弹簧钢丝尺度是参照ISO和JIS尺度,分钢类订定的。现行国度及行业保举尺度包罗碳素弹簧钢丝尺度6个,合金弹簧钢丝尺度4个,尺度明细如表2。
  表2 弹簧钢丝尺度明细

  2.1 碳素弹簧钢丝尺度、实用范畴及工艺特点
  碳素弹簧钢丝现行国度和行业保举尺度分两品种型:一类是冷变形强化钢丝,又称冷拉弹簧钢丝。冷拉碳素弹簧钢丝起首经铅淬火处置取得索氏体构造,然后外表磷化,以很大减面率拉拔到制品尺寸,钢丝构造呈纤维状,有很高的抗拉强度和弹性极限,精良的弯曲和改变功能。冷拉弹簧钢丝尺寸精度高,外表光亮,无氧化和脱碳缺陷,委顿寿命比力波动,是利用普遍的弹簧钢丝。
  碳素弹簧钢丝的另一范例是马氏体强化钢丝,又称油淬火回火钢丝。碳素钢丝经过淬回火处置,可取得精良的综协力学功能,当钢丝规格较小时(φ≤2.0mm),油淬火回火钢丝的各项强度目标比索氏体化处置后冷拉钢丝要低。当钢丝规格较大时(φ≥6.0mm)索氏体化的钢丝不行能接纳很大减面率来取得所要求的强度目标,而油淬火回火钢丝只需淬透就可以取得比冷拉钢丝更高的功能。在抗拉强度相反条件下,马氏体强化钢丝比冷变形强化钢丝具有更高的弹性极限。冷拉钢丝金相构造呈纤维状,各向异性分明,油淬火回火钢丝金相构造为匀称的回火马氏体,简直是各向异性的。同时油淬火回火钢丝的抗松懈功能优于冷拉钢丝,利用温度(150~190℃)也高于冷拉钢丝(≤120℃)。比年来中大规格油淬火、回火钢丝大有代替冷拉钢丝趋向。上面按尺度介绍各种碳素弹簧钢丝的使用范畴及工艺特点。
1)YB/T5220-93 《非机器弹簧用碳素弹簧钢丝》
  该尺度实用于沙发垫簧,座垫,靠背拉簧,卡簧,夹簧等非机器弹簧用碳素弹簧钢丝。尺度按抗拉强度要求差别将钢丝分红A1,A2,A3…A9九个组别,每个组别钢丝不分规格巨细按一个强度范畴供货,抗拉强度偏向≤200Mpa。A1,A2和A3组用于制造较低应力弹簧。A3,A4和A5用于制造一样平常应力弹簧。A7,A8和A9用于制造较高应力弹簧。床垫簧一样平常选用A3和A4组别。
  从利用形态剖析,该尺度钢丝根本属于静态簧,制品钢丝仅稽核抗拉强度、缠绕和单次弯曲三项功能,详见表3。
  表3 YB/T5220-93 非机器弹簧用碳素弹簧钢丝

  阐明:①Φ≤4.0mm钢丝在2d芯棒上缠绕两圈无裂纹或折断。
     ②Φ>4.0mm钢丝举行弯曲实验,试样沿R=10mm圆弧向差别偏向弯曲90o,弯曲处不得有裂纹或折断。
A1-A3组钢丝一样平常选用45~70钢,A3~A6组选用65Mn或70钢,A7~A9组钢丝选用70或T8MnA(82B)消费。由于按该尺度供货的钢丝根本用于制造静态弹簧,对委顿寿命的要求绝对宽松,钢丝可以接纳控轧控冷盘条间接拉拔制品。钢丝成前热处置也可以用正火取代铅浴处置。同时容许选用转炉平静钢作为质料。
  (2)GB/T4357-89 《碳素弹簧钢丝》
  该尺度是冷拉碳素弹簧钢丝的通用尺度,次要用于制造在种种应力形态下事情的静态弹簧。依据弹簧事情应力形态钢丝可分三个级别供货:B级用于低应力弹簧,C级用于中等应力弹簧,D级用于高应力弹簧。制品钢丝稽核抗拉强度、改变、缠绕和弯曲四项功能,罕见规格的力学功能如表4。
  表4 GB/T4357-89 碳素弹簧钢丝

  阐明: ①Φ≤4.0mm的D级钢丝和Φ≤6.0mm的B级、C级钢丝在即是钢丝直径的芯棒上缠绕2圈、 缠绕后的试样外表不得发生裂纹和断裂。
     ②Φ>4.0mm的D级钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕2圈,缠绕后的试样外表不得发生裂纹和断裂。
     ③Φ>6.00mm的钢丝应举行弯曲查验,试样沿R=10mm圆弧向差别偏向弯曲900,弯曲后不得发生裂纹和断裂。
  B级和C级钢丝一样平常选用70(67A、72A)或65Mn(67B),D级选用T9XtA和T8MnA(82B)消费。
  本尺度钢丝次要用于制造静态机器弹簧,其退役期振动频主要高于非机器弹簧,对委顿寿命有肯定的要求,制品也增长改变功能的稽核。因而对钢丝用盘条应接纳电炉或电炉+炉外精粹法冶炼,盘条中P≤0.030%、S≤0.020%等。制品钢丝显微构造中如含有游离铁素体,会低落弹簧委顿寿命,而控轧控冷盘条中一样平常均存有5%~1.5%的游离铁素体,一样平常不宜接纳盘条间接消费制品钢丝。按此尺度供给的钢丝准绳上成前应经铅浴处置,消弭游离铁素体构造,制品钢丝显微构造应为纤维化索氏体构造。
(3)GB/T4358-1995《紧张用处碳素弹簧钢丝》
  按该尺度供货的钢丝,次要用于制造在种种应力形态下事情的静态弹簧。依据弹簧事情应力形态,钢丝分3个组别供货:E组实用于中等应力静态弹簧,F组实用于高应力静态弹簧,G组实用于高委顿寿命的静态弹簧。制品钢丝稽核抗拉强度,改变,缠绕,弯曲和脱碳五项功能目标,罕见规格的力学功能如表5。
  由于按该尺度供货的钢丝用于制造中、高应力形态下事情的静态弹簧,制品钢丝除坚持高的弹性极限和精良的韧性目标外,还必需思索到委顿极限和弹簧的委顿寿命。为此,对钢的纯洁度,非金属混合含量和睦体含量,铁素体含量及外表脱碳水平有更高的要求。钢丝用盘条必需接纳电炉+炉外精粹法冶炼,对盘条的化学身分有更高的要求:P≤0.025%、S≤0.020%,Cr ≤0.10%、Ni≤0.15%(0.12%)、Cu≤0.20%。实践消费中为进步委顿寿命每每将Mn控制在高限,E组选用70或70Mn(72B),F组选用T8MnA或T9RtA,G组选用65Mn(Mn可调解到0.9-1.2%)或67B。低落钢中P、S含量,进步Mn含量和接纳炉外精粹的目标是:消减钢中非金属混合含量,改进混合物形状和低落气体含量,进步委顿极限和委顿寿命。假如钢丝显微构造中含有游离铁素体,会较大幅度地低落委顿寿命,按该尺度供货的钢丝,成前必需举行铅淬火处置。
  G组钢丝用于制造在猛烈振动形态下事情的阀门弹簧,对委顿寿命要求极高,以是选用韧性更好的65Mn盘条,抗拉强度虽有所降落,但委顿寿命更有。钢丝外表脱碳,构成铁素体构造严峻影响委顿功能,尺度对G组钢丝增长脱碳层查验,划定总脱碳层深度不得大于1.0%d,但对较大规格钢丝(Φ>4.0mm)受减面率限定,由热轧盘条带来的脱碳层很难消弭,尺度增补划定:"征得需方赞同,可供给脱碳层不超直径1.5%d的钢丝"。
  表5 GB/T4358-1995 紧张用处碳素弹簧钢丝

  阐明:①Φ<4.0mm的钢丝在即是钢丝直径的芯棒上、Φ≥4.0mm钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕5圈,不得有裂纹或折断。
   ②Φ>1.0mm钢丝举行弯曲实验,试样沿R圆弧向差别偏向弯曲900,弯曲处不得有裂纹或折断,Φ≤4.0mm,R=5mm;Φ>4.0mm,R=10mm。
   ③G组钢丝脱碳层≤1.0d%。
  (4)GJB1497-92 《特别用处碳素弹簧钢丝标准》
  在某些特定场所,必要弹簧具有凌驾惯例要求的弹力,如枪械弹簧,为便于携带和利用,弹簧所占的空间很小,弹力要充足大,必需选用抗拉强度特高,韧性较好的钢丝来制造弹簧,《特别用处碳素弹簧钢丝》就顺应这种必要的尺度。
该尺度划定钢丝分甲、乙、丙3组供货。丙组顺应于较高应力弹簧,乙组顺应于高应力弹簧,甲组实用于应力弹簧。尺度保举钢丝接纳T9A,T10A和T8MnA制造。实践上钢丝抗拉强度随碳含量增高而上升,改变功能(韧性目标)随碳含量上升而降落,综合思索,辽宁特别钢团体大连三大钢丝公司选用加稀土的T9A钢丝消费甲、乙、丙组钢丝。制品钢丝稽核抗拉强度、改变、改变断口、缠绕、抗拉强度匀称性和尺寸匀称性六项功能目标,罕见规格的力学功能如表6。
  应该指出钢丝的抗拉强度因此捐躯局部塑性和委顿寿命换来的,只实用于制造外形复杂,对委顿寿命要求不很高的弹簧,该尺度不宜推行利用。
  表6 GJB 1497-92 特别用处碳素弹簧钢丝标准

  阐明:①每盘钢丝两头抗拉强度差不得大于100Mpa。
     ②钢丝改变时,在划定改变次数以内不得有肉眼可见的裂纹和分层。
     ③钢丝举行缠绕实验,钢丝绕芯棒缠绕1~5圈后不得折断和决裂。芯棒直径即是钢丝直径。
  (5)YB/T5103-93 油淬火-回火碳素弹簧钢丝
  油淬火、回火钢丝先将钢丝消费到制品尺寸,然后再举行油淬火回火处置,以回火马氏体构造交货。构造匀称性是决议油淬火回火钢丝功能的紧张目标,因碳素弹簧钢丝淬透性有限,规格太大的钢丝油淬火回火后芯部不克不及变化为马氏体,以是尺度划定油淬火回火碳素弹簧钢丝供货直径小于12.0mm。
  与冷拉碳素弹簧钢丝相比,直径≤2.0mm的油淬火回火钢丝抗拉强度和弹性极限低于冷拉钢丝。但大规格钢丝(Φ≥6.0mm)索氏体处置后,不行能接纳大减面率拉拔取得高的抗拉强度,而油淬火回火钢丝只需淬透,就可以取得比冷拉钢丝更高的抗拉强度。即便在抗拉强度相反条件下,油淬火回火钢丝的弹性极限也高与冷拉钢丝。
  冷拉弹簧钢丝的各向异性分明,而油淬火回火钢丝简直各相反性。油淬火回火钢丝的委顿寿及抗应力松懈功能比冷拉钢丝好得多,事情温度更高(150~170℃),抗蠕变功能更好。别的油淬火回火钢丝直条度好,翻开盘卷后钢丝弹直,简直无弯曲,缠绕弹簧时成形功能更好。因而产业兴旺国度大规格油淬火回火碳素弹簧钢丝简直代替了冷拉碳素弹簧钢丝。
  (6)YB/T5102-93《阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝》
  YB/T5102-93与YB/T5103-93的干系相称于GB/T4358-1995与GB/T4357-89的干系。前者用于制造静态弹簧,后者是通用尺度,次要用于制造静态弹簧。由于静态油淬火回火弹簧对构造匀称性要求更严厉,碳素钢淬透性有限,YB/T5102划定供货规格更小(直径≤6.0mm)。
阀门用油淬火回火碳素钢丝利用范畴和质量控制要求根本与GB/T4358-1995 G组相称,这里不再赘述。
  2.2 合金弹簧钢丝尺度、实用范畴及工艺特点
  我国合金弹簧钢丝分三类,合金弹簧钢丝,油淬火回火硅锰弹簧钢丝,阀门用油淬火回火铬硅合金弹簧钢丝,从兴旺国度合金弹簧利用近况来看,油淬火回火钢丝所占比例越来越大,日本产业尺度(JIS)划定,合金弹簧钢丝所有以油淬火回火形态供货。
  (1) GB/T5218-1999《合金弹簧钢丝》
  该尺度将原GB5218-85《硅锰弹簧钢丝》、GB5219-85《铬钒弹簧钢丝》和GB5221-85《铬硅弹簧钢丝》三个尺度兼并成一个尺度。
  尺度实用于制造高、中应力弹簧用合金弹簧钢丝,钢丝缠簧成形后需经淬火回火处置才干利用。
  尺度列出60Si2MnA、50CrVA和55CrSiA三个钢号,同时划定依据需方要求,可以供给别的牌号钢丝。
  钢丝一样平常按冷拉形态交货,制品直径≤5.0mm查验抗拉强度σb≤1035Mpa,直径>5.0mm钢丝查验HB≤302,相称于轻拉形态。消费中大规格(Ф>8.0)制品冷拉减面率不凌驾25%,小规格钢丝(Ф≤5.0)减面率不凌驾30%。退火形态交货钢丝太软,极易发生去世弯,缠簧时每每形成簧形欠好,螺距不均。冷拉减面率偏大时钢丝太硬、缠簧时反弹大,粗簧成形难。以是间接缠簧的钢丝以轻拉形态供货符合。关于钢丝购回还要举行冷加工(如压扁、轧成异型截面等)的用户,应保举选用退火形态交货钢丝。
  为缠簧功能,制品钢丝举行缠绕实验,直径≤5.0mm钢丝在相称于钢丝直径1~2倍的芯棒上缠绕6圈,不得决裂和折断。
  脱碳和外表缺陷严峻的低落弹簧委顿寿命,必需严厉控制。分外是60Si2MnA和55CrSi,含硅量较高,退火时极易脱碳。盘条球化退火和半制品再结晶退火保举接纳高温,永劫间的退火工艺。如前所述,委顿寿命要求高的弹簧,必需选用磨光钢丝,但必要分清是退火磨光照旧冷拉磨光。50CrV软态钢丝磨光时磨屑极易粘附到钢丝外表,构成不规矩小白点,以是尽大概接纳冷拉磨光工艺,增加外表"白点"。
  在外表质量条件下,混合含量就成为影响委顿寿命的紧张要素,以是尺度划定,需方有要求时可增长非金属混合物,石墨碳查验。
  (2)YB/T5104-93《油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝》和YB/T5105-93《阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝》。
  利用油淬火回火合金弹簧钢丝制簧后,不必要再举行淬回火处置,只需象冷拉碳素弹簧钢丝一样举行消弭应力处置即可利用,深受接待,直径14.0mm以下合金弹簧越来越多地利用这两个尺度。
YB/T5104-93分3品种别供货,A类实用于中等载荷的静态弹簧,B类实用于中等载荷,中等委顿寿命的静态弹簧,C类实用于较高应力形态的静态簧,如汽车悬挂弹簧。YB/T5105-93实用于接受猛烈动负荷的发起机的阀门弹簧。 



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