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弹簧材料的发展

  • 发布时间:2020-02-04

  • 编辑:弹簧厂家

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  随着弹簧应用技术的发展,对弹簧材料提出了更高的要求。主要是在高应力下提高疲劳寿命和抗松弛性能;其次,根据不同的应用要求具有耐腐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等方面。为此,除了开发新型弹簧材料外,在严格控制化学成分、减少非金属夹杂物、提高表面质量和尺寸精度等方面也取得了有益的效果。

  

  1(1)弹簧钢生产工艺的发展为了提高弹簧钢的质量,工业发达普遍采用炉外精炼技术、连铸工艺、新型轧制及在线自动检测控制设备。

  

  为保证钢的化学成分,减少气体和各种非金属夹杂物的含量,采用大容量电炉或转炉熔炼,采用钢包精炼,使氧含量(质量分数)降低到(0.0021~0.0010)%。生产超纯钢,大大提高了弹簧的设计和工作应力。

  

  连铸生产技术在弹簧钢生产中得到了广泛的应用。通过电磁搅拌和低温铸造,连铸可以减少钢的偏析,减少二次氧化,改善表面脱碳,使结构和性能稳定和均匀。

  

  采用分体式全连续轧机可以提高尺寸精度和表面质量,同时使钢的显微组织沿长度方向均匀。为了保证产品在轧制过程中的表面质量,采用在线自动检测和控制。为了适应变截面弹簧扁钢的生产,开发了一种新的奥氏体轧制成形工艺,即先将钢加热到奥氏体区,再淬火到亚稳态奥氏体区进行塑性加工和淬火。这个过程允许钢在不降低塑性的情况下提高强度。此外,为了提高弹簧钢的性能,还进行了轧制后的在线热处理和表面硬化处理。

  

  (2) 合金钢的发展合金元素的主要作用是提高力学性能、改善工艺性能和赋予一定的特殊性能。气门弹簧和悬架弹簧在SiCr钢中得到了广泛的应用。Si是抗应力松弛性能更好的合金元素。在SiCr钢中加入V和Mo形成SiCrV和SiCrMo钢,可提高其疲劳寿命和抗松弛性能。同时,SiCr拉丝钢丝在高温下具有比钢琴丝和碳弹簧丝更好的抗松弛性能。随着发动机的高速小型化,抗颤振性能好、重量轻、弹性模量小的钛合金得到了广泛的应用,其强度可达到2000mpa。

  

  (3) 38SiMnB低碳奥氏体钢是我国自主开发的一种新型高性能弹簧钢。在此基础上开发的38SiMnVBE具有较高的强度、韧性、淬火透气性、适用性和高性能比等优点。超细晶粒控轧后,其抗拉强度为(2030~2140)MPa,屈服强度为(900~2010)MPa,延伸率为(12~15)%,断面收缩率为(48~55)%。为少量变截面钢板弹簧提供高性能材料。

  

  (4) 中国是不锈钢生产大国。随着不锈钢生产的发展,自然开发出许多品种,目前已达到50多种,基本满足了国内生产和发展的需要。新品种简介。

  

  1) 奥氏体不锈钢体系的初步形成。为了消除碳元素对不锈钢晶界的腐蚀疲劳,研制了0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2低碳奥氏体不锈钢。为了改善其特殊性能,可以添加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N。

  

  2) 含氮不锈钢的研制。用氮代碳在不锈钢中进行了研究。N和C在奥氏体不锈钢中有许多共同的特性。N比Ni更稳定奥氏体,相当于C。N和Mn的结合可以代替昂贵的Ni。

  

  氮也是奥氏体中最有效的固溶强化元素之一。氮、铬的亲和力小于碳、铬,在奥氏体钢中很少见到Cr2N的析出。因此,氮可以提高不锈钢的强度而不降低其耐腐蚀性。

  

  3) 超铁素体不锈钢的研制。铁素体不锈钢具有良好的耐蚀性和抗氧化性,其应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢。价格比奥氏体不锈钢便宜。但它存在可焊性差、脆性较大等缺点,生产和使用受到限制。通过降低钢中碳、氮的含量,添加Ti、Nb、Zr、Ta等三种稳定元素,并添加Cu、AI、V等金属增韧元素,提高铁素体钢的焊接性和脆性。

  

  4) 超奥氏体钢的发展。超级奥氏体钢是指铬、钼和氮含量明显高于传统不锈钢的奥氏体钢。其中比较有名的是含6%Mo(245S-Mo)的钢。这种钢具有很好的抗局部腐蚀性。它具有良好的抗点蚀性能(PI 40),在海水、曝气、间隙和低速腐蚀条件下具有良好的抗应力腐蚀性能。它是一种镍基合金,是钛合金的替代材料。

  

  5) 超马氏体不锈钢的研制。传统的马氏体不锈钢2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足够的塑性,在冷镦变形过程中对应力非常敏感,使冷成形困难。此外,钢材的焊接性较差,使用范围有限。为了克服马氏体钢的上述缺点,近年来人们找到了一条有效的途径,即降低钢中的碳、钛含量,提高镍含量,开发出一系列新型合金钢&超马氏体钢。该钢具有抗拉强度高、塑性好、焊接性能好等特点。因此,超马氏体钢又称为软马氏体钢或可焊马氏体钢。

  

  (5) 弹簧钢丝的发展经过100多年的发展,弹簧钢丝的工艺经历了从铅淬火到油淬火,现在已经发展到感应加热淬火。加上工艺技术和设备的不断创新和完善,品种质量不断更新。近年来发展起来的阀门弹簧钢丝感应淬火回火工艺证明,由于感应加热时间短,淬火组织小,钢丝表面几乎没有脱碳层,因此其塑性、韧性、抗松弛性、断裂韧性好,与油淬回火钢丝相比,延迟断裂抗力和疲劳寿命有了很大提高。

  

  另一种超细晶变形热处理钢丝已在该领域得到应用,并取得了一定的效果。超细晶粒变形热处理是超细晶粒与变形热处理相结合的复合强韧化过程。它不仅可以改善线材的力学性能,而且可以提高线材的表面质量。材料的表面质量对疲劳性能有很大的影响。为保证表面质量,对有特殊要求的材料进行剥皮,去除表面层0.1mm。深度为0.5mm的缺陷采用涡流探伤。对于拉丝过程中的表面不平度,可以采用电解磨削的方法将表面粗糙度降低到=(6.5~3.4)m。

  

  (6) 近年来不锈钢丝的发展,国外不锈钢弹簧钢丝的生产发展迅速。国内需求增加的品种主要有1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。

  

  先进的钢丝生产工艺的特点是先将盘条剥落,去除表面热加工产生的缺陷。除了次溶液处理后的酸洗外,整个冷加工过程都保持着光亮的表面。

  

  随着技术的发展,不锈钢丝的生产工艺进一步简化,一些原金属制品行业的质量控制也得到简化,转化为对线材质量的要求。毛坯拉拔机结束后,用清洁球擦拭,用水冲洗,去除表面涂层和残留的润滑膜。光亮热处理前,设有电解酸洗、碱中和、水洗、烘干等装置,彻底清除钢丝表面油污,提高表面质量。

  

  (7) 形状记忆合金的发展目前,单向形状记忆合金以50Ti和50Ni的性能更好,在弹簧中有着广阔的应用前景。由形状记忆合金制成的弹簧在温度的作用下可以膨胀和收缩。主要用于恒温、恒载、恒变形控制系统。由于执行机构是由弹簧推动和缩回的,弹簧的工作应力变化很大。

  

  (8) 陶瓷的应用弹性模量高,断裂强度低,适用于变形小的地方。目前使用的陶瓷材料具有良好的耐热性、耐磨性和绝缘性能,采用的是室温强度高的超塑性锌合金(SPZ)。此外,还有高强度氮化硅,可承受高达1000°C的高温。但是,陶瓷弹簧不适合在冲击载荷下工作。

  

  (9) 纤维增强塑料。玻璃钢(GFRP)钢板弹簧在英国、美国、日本等得到了广泛的应用。除水平悬挂外,它们还可用于特殊轻型车辆,如纵向放置汽车的悬挂。目前,碳纤维增强塑料(GFRP)悬架弹簧已研制成功,比金属板簧轻20%。


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