彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的,必須保證有優(yōu)良的冶金質(zhì)量,不僅要保證準(zhǔn)確的化學(xué)成分,而且要有高純凈度,硫、磷、氧、氮等含量要低,鋼質(zhì)均勻性、穩(wěn)定性要好。彈簧鋼的冶金質(zhì)量應(yīng)達(dá)到優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的水平。
彈簧鋼的表面質(zhì)量和尺寸精度對(duì)彈簧的性能和壽命有極大的影響。因?yàn)閺椈射摬慕回洜顟B(tài)的表面除去表面噴丸強(qiáng)化之外不再進(jìn)行加工,因而也就是成品彈簧的工作表面,原有表面上的各種缺陷也留給了彈簧。所以彈簧鋼材表面要求極高,對(duì)脫碳、裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜、分層等限制極嚴(yán)。各種表面缺陷會(huì)使彈簧早期破壞、縮短壽命。以圓截面的鋼絲為例,成品彈簧的強(qiáng)度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比,鋼絲直徑的微小變化會(huì)導(dǎo)致彈簧性能的巨大波動(dòng),所以要嚴(yán)格控制鋼材的外形和尺寸公差。這樣,彈簧鋼的加工變形(熱軋、冷軋、冷拔等)就十分重要了,必須極認(rèn)真地對(duì)待。
熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼、扁鋼等。鋼材表面質(zhì)量要求較高,可以熱軋態(tài)交貨或者經(jīng)熱處理后交貨,以保證硬度不超過規(guī)定值,便于制簧。熱軋材可以冷態(tài)制成螺旋彈簧,對(duì)于截面尺寸較大者需加熱后制成彈簧。彈簧成型后再經(jīng)淬火、中溫回火,回火溫度約為350~550℃,以獲得較高屈強(qiáng)比和良好的綜合力學(xué)性能。
因熱軋材截面尺寸較大,故應(yīng)采用淬透性足夠高的牌號(hào),保證心部淬透。若心部出現(xiàn)非馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,如鐵素體、貝氏體等,則回火后的性能降低,特別是疲勞性能。
冷拉(軋)彈簧鋼材包括鋼絲、鋼帶。這類鋼材的表面質(zhì)量和尺寸精度要求格外嚴(yán)格。鋼絲的生產(chǎn)工藝有油淬火和冷拉兩種。
油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規(guī)定尺寸后再加熱、油淬火和鉛浴回火,故鋼絲出廠時(shí)已具備所需力學(xué)性能,制成彈簧后只要回火,消除應(yīng)力即可使用。優(yōu)點(diǎn)是整批性能均勻,穩(wěn)定,挺直性好,適于大批量生產(chǎn),可制造各種重要彈簧,特別是閥門彈簧。牌號(hào)有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。
合金彈簧鋼絲也可以冷拉態(tài)交貨,或經(jīng)退火、正火、回火處理后交貨,制成彈簧后再淬火、回火。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩(wěn)定,生產(chǎn)效率也低,成本高,多用于小批量彈簧生產(chǎn)。
此外,最近也研究了用高頻感應(yīng)加熱處理高強(qiáng)度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續(xù)感應(yīng)加熱裝置上進(jìn)行淬火和回火,其內(nèi)部組織均勻、細(xì)小,塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限、斷裂韌性等都明顯優(yōu)于常規(guī)處理的鋼絲。這種鋼絲在美國(guó)、日本都已有生產(chǎn),制造汽車、摩托車的懸掛彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧,卡車、拖車等的緊急制動(dòng)彈簧及各種高強(qiáng)度機(jī)械彈簧,使用效果令人滿意。另外,感應(yīng)加熱處理在彈簧扁鋼生產(chǎn)上也得到應(yīng)用。
還有一種鋼絲生產(chǎn)工藝,即鉛浴等溫淬火。鋼材奧氏體化后在鉛浴中等溫,生成細(xì)小珠光體組織,然后冷拉到規(guī)定尺寸。通過調(diào)整鋼中碳含量和冷變形量控制鋼絲的力學(xué)性能,制簧后不需熱處理,只要消除加工應(yīng)力即可使用。應(yīng)用這種工藝生產(chǎn)的都是碳素鋼鋼絲,但也有少數(shù)合金鋼(如65Mn)鋼絲。
冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經(jīng)退火后供貨,制成彈簧后再淬火回火處理,或僅回火以消除加工應(yīng)力。
鋼號(hào)淬火溫度淬火介質(zhì)硬度要求 回火溫度 冷卻介質(zhì) 硬度要求 應(yīng)用范圍
65780-830 水或油 400-600 線徑小于12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈
65Mn810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧
50CrV850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧
50CrV850-870 油 >58 370-420油 45-52 300C以下工作的高溫彈簧
60Si2MnA860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片