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            彈簧材料是如何發展的呢?全面解答

            發布時間:2020/4/10 11:11訪問:735

                  隨著彈簧應用技術的發展,對彈簧材料提出了更高的要求。主要是為了改善高應力下的疲勞壽命和抗松弛性能。其次,根據不同的用途,要求耐腐蝕性,非磁性,導電性,耐磨性,耐熱性等方面。為此,除開發新型彈簧材料外,除嚴格控制化學成分外,減少非金屬夾雜物,提高表面質量和尺寸精度等方面均取得了有益的效果。


            彈簧材料是如何發展的呢?全面解答


                (1)彈簧鋼生產技術的發展


                為了提高彈簧鋼的質量,在工業發達國家普遍采用了爐外精煉技術,連鑄工藝,新型軋制和在線自動測控設備。


                為了確保鋼的化學成分并減少氣體和各種非金屬夾具的含量,可通過在大容量電爐或轉爐中冶煉并在爐中精煉,將氧氣含量(質量分數)降低至(0.0021?0.0010)%。鋼包在爐子外面。


                連鑄工藝已廣泛用于彈簧鋼生產中。連續鑄造可通過電磁攪拌,低溫鑄造等技術減少鋼的偏析,減少二次氧化,改善表面脫碳,使組織和性能穩定均勻。


                行進全連續軋機的使用可以提高尺寸精度和表面質量,同時可以使鋼的組織沿長度方向均勻。為了保證產品在軋制過程中的表面質量,在線自動檢測和控制。為了適應變截面彈簧扁鋼的生產,開發了一種新的奧氏體軋制成型工藝,即將鋼加熱到奧氏體區,然后冷卻到亞穩態奧氏體區,以進行塑性加工和淬火。該過程允許在不降低其塑性的情況下對鋼進行加固。另外,通過在線熱處理和軋制后的表面硬化來改善彈簧鋼的性能。


                (2)合金鋼的發展


                合金元素的主要功能是改善機械性能,改善工藝性能并賦予某些特殊性能。氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛用于SiCr鋼。Si是緩解應力的最佳合金元素。將V和Mo添加到SiCr鋼中以形成SiCrV和SiCrMo鋼可以改善疲勞壽命和抗松弛性。同時,SiCr拉拔鋼絲,其在高溫下的抗松弛性能,優于鋼琴鋼絲和碳彈簧鋼絲的重要用途。隨著發動機的快速小型化,具有良好的抗振顫性能,重量輕,彈性模量小的鈦合金已被廣泛使用,其強度可達到2000MPa。


                (3)低碳奧氏體鋼的發展


                低碳奧氏體鋼38SiMnB是在中國自主開發的新型高性能彈簧鋼。在此基礎上開發的38SiMnVBE具有更多的優勢,具有高強度和韌性,高淬透性,高應用性和高性能比。經過控制的超細晶粒軋制后,其抗拉強度=(2030?2140)MPa,屈服強度=(900?2010)MPa,伸長率=(12?15)%,表面收縮率=(48?55)%。它以較小的截面和可變的截面為板簧提供了高性能的材料。


                (4)不銹鋼的發展


                我國是生產不銹鋼的大國,隨著不銹鋼的生產發展,自然也發展了很多品種,目前已經達到了50種,基本滿足了國內生產發展的需要,對一些新的作簡要說明。目前正在發展的品種。


                1)初步形成奧氏體不銹鋼體系。開發了低碳奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2,以消除碳元素引起的不銹鋼晶界腐蝕疲勞。為了提高其特殊性能,可以添加Cu,Ti,Nb,Mn,Cr,Si和N元素。


                2)開發含氮不銹鋼。在不銹鋼中已經實現了用氮代替碳的方法。在奧氏體不銹鋼中,N和C具有許多共同的特征。N在穩定奧氏體中的作用要大于Ni,并且與C相當。N與Mn的結合可以代替更昂貴的Ni。


                N也是奧氏體中最有效的固溶強化元素之一。N和Cr之間的親和力Cr比C和Cr小,在奧氏體鋼中很少見到Cr2N的析出。因此,N可以在不降低耐腐蝕性的情況下提高不銹鋼的強度。


                3)開發超級鐵素體不銹鋼。鐵素體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和抗氧化性,其抗應力腐蝕性能優于奧氏體不銹鋼。它比奧氏體不銹鋼便宜。然而,可焊性差和脆性趨勢大的缺陷限制了生產和使用。通過減少鋼中的碳和氮含量,添加穩定元素(如Ti,Nb,Zr和Ta)以及添加焊接金屬的增韌元素(如Cu,Al和V),可以改善鐵素體鋼的焊接性和脆性。


                4)發展超級奧氏體鋼。超級奧氏體鋼是指其Cr,Mo和N的含量明顯高于常規不銹鋼的奧氏體鋼。最著名的一種是含6%Mo(245SMo)的鋼。這種鋼在海水,空氣,裂縫和低速腐蝕的條件下具有很好的抗局部腐蝕性能,具有良好的抗點蝕性(PI40)和良好的抗應力腐蝕性能。它是鎳基合金和鈦合金的替代材料。


                5)開發超馬氏體不銹鋼。傳統的馬氏體不銹鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足夠的延展性,并且對冷頭鍛造變形過程中的應力非常敏感,這使得冷成形困難。另外,鋼的焊接性較差,使用范圍受到限制。為了克服馬氏體鋼的上述缺點,最近發現了一種有效的方法,即通過降低鋼中的C和Ti含量并增加Ni含量來開發新的合金鋼系列-超級馬氏體鋼。這種鋼具有較高的抗拉強度,良好的延展性和改善的焊接性能。因此,超級馬氏體鋼也稱為軟馬氏體鋼或可焊接馬氏體鋼。


                (5)彈簧鋼絲的開發


                彈簧鋼絲經過一百多年的發展,其工藝技術由鉛淬火到油淬火,現在發展到感應加熱淬火。除了工藝技術和設備的創新和改進外,品種和質量也在不斷更新。隨著氣門彈簧鋼絲感應加熱淬火和回火工藝的最新發展,實驗證明,由于感應加熱時間短,淬火組織小,鋼絲表面幾乎沒有脫碳層,因此其可塑性和韌性,抗流掛性,斷裂性韌性,耐延遲斷裂性能和疲勞壽命均高于油淬火回火鋼絲所具有的更大。


                另一類效果良好的超細晶粒變形處理鋼絲已在該領域中得到了應用。它不僅可以提高鋼絲的機械性能,而且可以提高鋼絲的表面質量。材料的表面質量對疲勞性能有很大影響。為了確保表面質量,對特殊要求的材料進行了表皮處理,并去除了0.1mm的表面層。渦流用于檢測深度為0.5mm的缺陷。對于在拉絲過程中產生的不平坦表面,可通過電解研磨將表面粗糙度降低至=(6.5-3.4)m。


                (6)不銹鋼絲的開發


                近年來,不銹鋼彈簧鋼絲的生產在國外發展迅速。國內需求增加主要是針對1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI品種。


                先進的鋼絲生產工藝的特點是首先進行剝皮處理,以去除表面熱加工所引起的缺陷。除第一次固溶處理后的酸洗外,在整個冷加工過程中均保持光亮的表面。


                隨著技術的發展,非刺繡鋼絲的生產工藝進一步簡化,簡化了部分原始金屬制品行業的質量控制,并將其轉變為對盤條質量的要求。粗拉機之后,用清潔球擦拭并用水清洗,除去表面涂層和殘留的潤滑膜。在進行光亮熱處理之前,配有電解酸洗,堿中和,水洗和干燥設備,徹底清除鋼絲表面的油脂,提高表面質量。


                (7)形狀記憶合金的發展


                目前,在彈簧中有前途應用的單向形狀記憶合金在50Ti和50Ni方面具有最佳性能。由形狀記憶合金制成的彈簧,可以通過溫度拉伸。主要應用于恒定溫度,恒定負載和恒定變形的控制系統。因為是由彈簧伸縮的推桿,所以彈簧的工作應力變化很大。


                (8)陶瓷的應用


                陶瓷具有較高的彈性模量和較低的斷裂強度,因此適用于變形較小的地方。當前正在開發的是耐熱,耐磨,良好絕緣的陶瓷,應用超塑性鋅合金(SPZ),在室溫下具有很高的強度。此外,還有高強度氮化硅,可以承受高達1000℃的高溫。但是陶瓷彈簧不適合在沖擊載荷下工作。


                (9)彈簧中使用了纖維增強塑料


                玻璃纖維增強塑料(GFRP)彈簧已在英國,美國和日本廣泛使用。它不僅用于水平懸架,還用于特殊的輕型車輛,例如賽車的垂直懸架。目前,已經開發出碳纖維增強塑料(GFRP)懸架彈簧,其重量比金屬彈簧輕20%。


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