彈簧材料(liao)的發(fa)展

随(sui)着(zhe)彈簧應(ying)用技術(shu)的(de)發展(zhan)，對彈(dan)簧材(cai)料提(ti)出了(le)多(duo)的要求(qiu)。主要(yao)是在高應(ying)力下的(de)提高疲勞壽(shou)命(ming)和抗松(song)弛性能方(fang)面；其(qi)次是(shi)根(gen)據不同(tong)的用(yong)途(tu)，要求具有耐(nai)蝕性、非磁(ci)性、導電性(xing)、性、耐熱性等(deng)方面。為(wei)此，彈簧材料除(chu)了新(xin)品種外，另(ling)從嚴格控制化(hua)學成(cheng)分(fen)，降低非(fei)金屬夾雜，提高表面(mian)質(zhi)量和尺(chi)寸精度等(deng)方面(mian)取得(de)了有益的(de)成效。

（1）彈(dan)簧鋼生(sheng)産工(gong)藝的發展(zhan)  為了提(ti)高彈簧(huang)鋼的(de)質量，工業(ye)發達(da)已普(pu)通采(cai)用爐(lu)外(wai)精煉技(ji)術、連鑄工藝、新(xin)型軋(zha)制(zhi)和在線(xian)自動(dong)檢測及控(kong)制設備等。

為了(le)鋼的化(hua)學(xue)成分(fen)，降低(di)氣體和各(ge)種非(fei)金屬(shu)加夾(jia)物的(de)含(han)量，采用(yong)大容量(liang)電(dian)爐或(huo)轉爐熔(rong)煉，采用(yong)爐外鋼包(bao)精煉(lian)，使氧含量（質量(liang)分數）降至(zhi)（0.0021~0.0010）%，生産(chan)出超(chao)純淨鋼，從(cong)而提高了(le)彈簧(huang)的設(she)計(ji)和(he)工作(zuo)應力(li)。

連鑄生産(chan)工藝(yi)在彈(dan)簧鋼(gang)生産中已被廣(guang)泛采用。連鑄可(ke)通過(guo)電磁攪拌(ban)、低溫(wen)鑄造(zao)等技(ji)術減小鋼(gang)的偏(pian)析，減(jian)小(xiao)二(er)次氧(yang)化，表面(mian)脫(tuo)碳，使(shi)組織(zhi)和性能穩(wen)定、均(jun)勻。

采用分列式全連續軋(zha)機，可提高尺寸(cun)精度(du)，表面質量(liang)，同時(shi)也可(ke)使鋼(gang)材沿(yan)長度顯微(wei)組織均勻。在軋制過程(cheng)中為了(le)産品(pin)的表(biao)面質(zhi)量采用在線自(zi)動檢測和控制。為了(le)适(shi)合(he)變截(jie)面彈簧(huang)扁(bian)鋼生産而(er)了奧(ao)氏體(ti)軋制成形(xing)新工(gong)藝，即(ji)先将(jiang)鋼加(jia)熱到奧氏(shi)體區再急(ji)冷至亞穩(wen)奧氏體(ti)區(qu)進行(hang)塑性(xing)加(jia)工并淬(cui)火處(chu)理。這(zhe)種工藝可(ke)使(shi)鋼在不(bu)降低(di)塑性(xing)的同(tong)時提(ti)。此外(wai)還有(you)通過軋後在線(xian)熱處(chu)理(li)和表面(mian)硬化處理來提(ti)高彈(dan)簧鋼(gang)的性(xing)能等(deng)。

（2）合(he)金(jin)鋼的(de)發展(zhan)  合金元素(su)的主要作(zuo)用是(shi)提高(gao)力(li)學性能(neng)，工藝(yi)性能及賦(fu)予某(mou)種性能。氣(qi)門彈簧和懸架(jia)彈簧(huang)已廣(guang)泛應(ying)用SiCr鋼。Si是抗應力松弛(chi)的合金元(yuan)素，在SiCr鋼(gang)中(zhong)添加(jia)V、Mo形成(cheng)SiCrV和SiCrMo鋼(gang)，可以(yi)提高疲勞(lao)壽命(ming)和抗(kang)松(song)弛性能(neng)。同時(shi)SiCr拉拔鋼絲，其在(zai)高溫(wen)下工(gong)作時的抗(kang)松弛(chi)性能，比琴鋼絲(si)和重(zhong)要(yao)用(yong)途碳(tan)素彈(dan)簧鋼絲要(yao)好。随(sui)着(zhe)發(fa)動機(ji)高速(su)小型(xing)化，抗(kang)顫振性能好、質(zhi)量輕、彈性模量(liang)小的Ti合(he)金(jin)了較(jiao)為廣泛(fan)的(de)應用(yong)，其強(qiang)度可(ke)達2000 MPa。

（3）低碳奧(ao)氏體(ti)鋼的(de)發展(zhan)  低碳(tan)奧氏(shi)體鋼(gang)38SiMnB是我國自(zi)主的一(yi)種(zhong)新型(xing)的彈(dan)簧鋼，在此(ci)基礎上(shang)的(de)38SiMnVBE具優(you)越性(xing)，具有高強(qiang)韌性(xing)、高淬透性、高應用性(xing)和比(bi)。在進行   晶(jing)粒控制軋(zha)制後(hou)，其抗(kang)拉強(qiang)度 =（2030~2140）MPa，屈服強(qiang)度 =（900~2010）MPa，伸(shen)長率 =（12~15）%，面縮(suo)率 =（48~55）%。為少片(pian)變截面闆彈簧(huang)提供(gong)了的材(cai)料(liao)。

（4）不鏽(xiu)鋼的發展  我國(guo)是生産不鏽鋼(gang)的大(da)國(guo)，随(sui)着不(bu)鏽鋼(gang)的生(sheng)産發展，自(zi)然也了不(bu)少品種，目(mu)前已(yi)達50多(duo)種(zhong)，，基本滿(man)足了(le)國内生産(chan)發展(zhan)的需要，對(dui)當前(qian)的一(yi)些新(xin)品種(zhong)作簡(jian)要說(shuo)明。

1）奧氏(shi)體(ti)不鏽(xiu)鋼體(ti)系的初步(bu)形成。為了(le)碳元(yuan)素造成的(de)不鏽(xiu)鋼晶界(jie)腐(fu)蝕疲(pi)勞，出(chu)低(di)碳奧氏(shi)體不鏽鋼(gang)0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為(wei)了提(ti)高其性能(neng)可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等元素(su)。

2）含氮(dan)不(bu)鏽(xiu)鋼的(de)發展。 在不鏽鋼中以氮代(dai)碳取(qu)得了成果。在奧(ao)氏體不鏽鋼中(zhong)N和C有許多(duo)共同(tong)特性。N穩定奧氏(shi)體的(de)作用比Ni大(da)，與C相當。N與Mn結合(he)能取代比較貴(gui)的Ni。

在(zai)奧(ao)氏體中(zhong)N也是的固溶元素之(zhi)一(yi)。N與(yu)Cr的親(qin)和力要比(bi)C與Cr的(de)親和(he)力(li)小，奧氏(shi)體鋼(gang)很少(shao)見到Cr2N的析出。因此N能(neng)在不(bu)降(jiang)低(di)耐蝕(shi)性能的基礎上(shang)，提高不(bu)鏽(xiu)鋼強(qiang)度。

3）   鐵(tie)素體不鏽(xiu)鋼的發展(zhan)。 鐵素(su)體不鏽(xiu)鋼具有(you)良好(hao)的腐(fu)蝕性(xing)能和(he)   性能(neng)，其抗(kang)應力(li)腐蝕(shi)性能優于(yu)奧(ao)氏(shi)體不(bu)鏽鋼。價格(ge)比奧(ao)氏體(ti)不鏽鋼便(bian)宜。但存(cun)在(zai)可焊(han)性差、脆性傾向(xiang)比較大的缺點(dian)，生産和使用受(shou)到限制(zhi)。通(tong)過降低鋼中的碳和(he)氮的含(han)量(liang)，添加(jia)Ti、Nb、Zr、Ta等穩(wen)定化元素(su)，添加Cu、AI、V等焊(han)縫金(jin)屬韌(ren)化元素三(san)種途徑，可以鐵素體鋼的可焊(han)性和脆性(xing)。

4）奧氏體鋼(gang)的發(fa)展。 奧(ao)氏體鋼(gang)指(zhi)Cr、Mo、N含量(liang)顯着(zhe)高(gao)于常規(gui)不鏽鋼的奧氏(shi)體鋼(gang)。其(qi)中比較(jiao)着名(ming)的是(shi)含6% Mo的(de)鋼（245S Mo）。這類鋼(gang)具有(you)非常好的(de)耐局部腐(fu)蝕(shi)性能，在(zai)海水、充氣、存在(zai)縫隙(xi)、低(di)速沖刷(shua)條件(jian)下，有良好(hao)的抗(kang)點蝕性能(neng)（PI 40）和較好的(de)抗應(ying)力腐蝕性能，是(shi)Ni基合金(jin)和(he)钛合(he)金的代用材料(liao)。

5）超馬氏(shi)體不鏽鋼的(de)發(fa)展(zhan)。 傳統(tong)的馬(ma)氏(shi)體不鏽(xiu)鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和(he)1Cr17Ni2缺(que)乏(fa)足夠(gou)的延展性(xing)，在冷(leng)頂鍛變形過程(cheng)中對(dui)應力敏感，冷加(jia)工成(cheng)形比(bi)較困難(nan)。加(jia)之鋼(gang)的可(ke)焊(han)性比較(jiao)差，使(shi)用範(fan)圍受到限(xian)制。為克服(fu)馬氏體鋼的上(shang)述不足，近來已(yi)找到(dao)一(yi)種(zhong)途徑，就是(shi)通過(guo)降低(di)鋼的(de)C、Ti含量(liang)，增加(jia)Ni含量，一(yi)個(ge)新系(xi)列合金(jin)鋼——超馬氏體(ti)鋼。這類鋼(gang)抗拉，延(yan)展性好(hao)，焊接(jie)性能也，因(yin)此超馬(ma)氏(shi)體鋼(gang)又稱(cheng)為軟馬氏(shi)體鋼(gang)或(huo)可焊接馬氏(shi)體(ti)鋼(gang)。

（5）彈簧(huang)鋼絲的(de)發(fa)展  彈(dan)簧鋼(gang)絲經過100的(de)發展(zhan)，工藝(yi)技術經曆了(le)由(you)鉛淬(cui)火到油(you)淬(cui)火，現(xian)又發(fa)展(zhan)到感應(ying)加熱(re)淬火(huo)。再加上工藝(yi)技(ji)術裝(zhuang)備和完善(shan)，品種質量(liang)不斷新。近(jin)來的閥門用彈簧鋼絲(si)感(gan)應加(jia)熱淬(cui)火(huo)和(he)回火(huo)處理(li)工(gong)藝(yi)，試驗(yan)證明，由(you)于感應加熱(re)時間短，淬(cui)火組織(zhi)細(xi)小，鋼(gang)絲表(biao)面(mian)幾乎沒(mei)有脫(tuo)碳層(ceng)，所以(yi)其塑性、韌性、抗(kang)松弛性、斷(duan)裂韌性、延(yan)遲斷裂抗(kang)力、疲勞壽(shou)命等都比(bi)油(you)淬火回(hui)火鋼絲(si)有較大提高。

另一種研(yan)究取得成(cheng)效的(de)   晶粒(li)形變熱處(chu)理鋼(gang)絲(si)已(yi)能實(shi)地應(ying)用(yong)，   晶粒形(xing)變熱(re)處(chu)理(li)是組織   化(hua)與形(xing)變熱(re)處理相結(jie)合的(de)一種複(fu)合強韌(ren)化工藝。它(ta)既可(ke)提高(gao)鋼絲的力(li)學性能(neng)，同(tong)時又(you)能鋼(gang)絲的表面(mian)質量。材料(liao)表面(mian)質量(liang)對疲勞性(xing)能影響很(hen)大。為(wei)了表面質量，對(dui)有要求的(de)材料采用剝皮工藝(yi)，将表層去(qu)掉0.1mm。對(dui)0.5mm的缺(que)陷采(cai)用渦(wo)流探(tan)傷(shang)。對(dui)拔絲過程表面(mian)産生(sheng)的凹凸不(bu)平，可用電(dian)解研(yan)磨，使(shi)表面(mian)粗糙度降(jiang)到 =（6.5~3.4） m。

（6）不鏽鋼(gang)絲的(de)發展  近年來不鏽彈(dan)簧(huang)鋼絲生(sheng)産發展(zhan)較快。國内需(xu)求量增大(da)的品種主要為1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。

的(de)鋼絲生産(chan)工藝流程(cheng)特點是盤條先剝皮(pi)處理，去除(chu)熱加(jia)工在(zai)表面(mian)造成(cheng)的缺陷，除(chu)次固(gu)溶處理(li)後要進(jin)行酸洗外(wai)，整個冷加(jia)工過程均(jun)保持光亮表面(mian)。

随着(zhe)工藝(yi)的發(fa)展，不(bu)繡(xiu)鋼絲生(sheng)産流(liu)程進一步(bu)簡化，将部分原(yuan)屬金屬(shu)制(zhi)品行(hang)業質(zhi)量控(kong)制簡(jian)化，轉(zhuan)換為對盤(pan)條質量的(de)要求(qiu)。在粗拉絲機後(hou)，應用清潔球擦拭和(he)水(shui)中(zhong)清洗(xi)，去除(chu)表(biao)面(mian)塗層和殘(can)餘(yu)潤(run)滑膜(mo)。在光(guang)亮熱(re)處理(li)前配(pei)備電解酸(suan)洗、堿(jian)中和(he)、水沖(chong)洗和烘(hong)幹裝置(zhi)，   去除鋼(gang)絲(si)表面油污(wu)，表(biao)面質量(liang)。

（7）形狀記憶(yi)合金(jin)的  目前在彈簧(huang)方面有應(ying)用前(qian)途的(de)單向形狀(zhuang)記憶合金(jin)，以50Ti和(he)50Ni性能(neng)。形(xing)狀(zhuang)記憶(yi)合金(jin)制成的彈簧，受溫(wen)度的作(zuo)用可伸縮。主要(yao)用于恒溫、恒載(zai)荷、恒變形(xing)量的(de)控制(zhi)系統(tong)中。由(you)于是靠(kao)彈(dan)簧伸(shen)縮推(tui)動執行機(ji)構，所(suo)以彈(dan)簧的工作應力(li)變化(hua)較大。

（8）陶瓷(ci)的應用  陶(tao)瓷的彈性(xing)模量高，斷裂強(qiang)度低(di)，适用(yong)于變(bian)形不大的(de)地方(fang)。目前正在(zai)的有(you)耐熱(re)、、絕(jue)緣性好的陶(tao)瓷，應用的(de)有超(chao)塑性(xing)鋅合(he)金（SPZ），在(zai)常(chang)溫下具(ju)有高的(de)強(qiang)度。另外，還(hai)有(you)的氮化(hua)矽，能，可達1000℃。但陶瓷彈簧不适用(yong)于在沖(chong)擊(ji)載荷下工作。

（9）纖維增(zeng)強塑(su)料在(zai)彈簧中應(ying)用  玻璃纖(xian)維增(zeng)強(qiang)塑料（GFRP）闆簧在(zai)英、美(mei)和日(ri)本等(deng)國(guo)已(yi)廣泛(fan)應用(yong)，除用于橫(heng)置懸架(jia)外(wai)，還可(ke)用于(yu)輕型(xing)車輛(liang)，如賽車(che)的(de)縱置(zhi)懸架(jia)。目前又研(yan)制成功了碳素纖維(wei)增強塑料(liao)（GFRP）懸架彈簧(huang)，比金(jin)屬闆(pan)簧要輕20%。