弹簧材料比较.doc

弹簧材料比拟选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理与经济性等因素。为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限与屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性与良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢与铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度及所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理与经济性等因素，以便使选择结果及实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格廉价、来源方便，但弹性极限低；低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好；铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳与抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。表20-2 主要弹簧材料及其许用应力类别代号许用扭应力T许用弯曲应力b/MPa切变模量G/GPa弹性模量E/GPa推荐硬度范围HRC推荐使用温度°C特性及用途类弹簧类弹簧类弹簧类弹簧类弹簧钢丝碳素弹簧钢丝,a,bbbbb204202-40120强度高，性能好，适于做小弹簧60Si2Mn60Si2MnA4716277857859811974550-40200弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧65Si2MnWA60Si2CrVA56074593193111674752-40250强度好，耐高温，弹性好30W4Cr2VA4425887357359204347-40350高温强度好，淬透性好。50CrVA4550-40210高疲劳强度，淬透性与回火稳定性好不锈钢1Cr18Ni9Ti324432540540677193-250300耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧4Cr134425887357359202154853-40300耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧Co40CrNiTiMo5006668348341000197=-40500耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性青铜丝Qsi-326535344244255093HB90120-40120耐腐蚀，防磁好QSn4-3Qbe23534425505507353740耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好注：1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：类N>106；类N=103105以及受冲击载荷的场合；类N<103、a、四组，组强度最高，依次为、a、lim：类1.67；类1.25；类1.12。4.轧制钢材的机械性能及钢丝一样。5.碳素钢丝的切变模量与弹性模量对0.54mm直径有效，>4mm取下限。类别代号许用扭应力T许用弯曲应力b/MPa切变模量G/GPa弹性模量E/GPa推荐硬度范围HRC推荐使用温度°C特性及用途类弹簧类弹簧类弹簧类弹簧类弹簧钢丝碳素弹簧钢丝,a,bbbbb204202-40120强度高，性能好，适于做小弹簧60Si2Mn60Si2MnA4716277857859811974550-40200弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧65Si2MnWA60Si2CrVA56074593193111674752-40250强度好，耐高温，弹性好30W4Cr2VA4425887357359204347-40350高温强度好，淬透性好。50CrVA4550-40210高疲劳强度，淬透性与回火稳定性好不锈钢1Cr18Ni9Ti324432540540677193-250300耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧4Cr134425887357359202154853-40300耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧Co40CrNiTiMo5006668348341000197=-40500耐腐蚀，高强度，无磁，高弹性青铜丝Qsi-326535344244255040.2 93HB90120-40120耐腐蚀，防磁好QSn4-3Qbe23534425505507353740耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好 表20-2 主要弹簧材料及其许用应力注：1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：类N>106；类N=103105以及受冲击载荷的场合；类N<103、a、四组，组强度最高，依次为、a、lim：类1.67；类1.25；类1.12。4.轧制钢材的机械性能及钢丝一样。5.碳素钢丝的切变模量与弹性模量对0.54mm直径有效，>4mm取下限。弹簧常用材料摘自GB/T1239.6-92标准号标准名称牌号直径规格(mm)剪切模量 GMPa推荐硬度HRC推荐使用温度 性   能GB4357 碳素弹簧钢丝 258040Mn70Mn  79000 - -40130   强度高，性能好。B级、C级与D级分别用于低、中与高应力弹簧。 GB4358 琴钢丝 6080T8MnAT9A60Mn70Mn  79000 - -40130   强度高，韧性好。用于重要的小弹簧，G2组较G1 组强度高，F组主要用于阀弹簧。 GB4359 阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝 65Mn70  79000 - -40150   强度高，性能好。用于内燃机阀门弹簧或类似用途弹簧。 GB4360 油淬火回火碳素弹簧钢丝 55、60、60Mn、65、65Mn、70、70Mn、75、80  79000 - -40150   强度高，性能好。适用于普通机械用弹簧。B类比A类强度高。 GB4361 油淬火回火硅锰弹簧钢丝 60Si2MnA  79000 - -40200   强度高，弹性好。易脱碳，用于叫高负荷的弹簧。A类与B类用于一般用途的弹簧，B类与C类用于汽车悬挂弹簧。 GB4362 阀门用油淬火回火铬硅弹簧钢丝 55CrSi  79000 - -40250   有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。 GB2271 阀门用油淬火回火铬钒弹簧钢丝 50CrVA  79000 - -40210   有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。 GB5218 硅锰弹簧钢丝 60Si2MnA65Si2MnWA70SI2MnA  79000 4550 -40200   强度高，较好的弹性、易脱碳。用于普通机械的较大弹簧。 GB5219 铬钒弹簧钢丝 50CrVA  79000 4550 -40210   高温时强度性能稳定，用于较高温度下的弹簧，如内燃机阀门弹簧等。 GB5220 阀门用铬钒弹簧钢丝 50CrVA  79000 4550 -40210   高温时强度性能稳定，用于较高温度下的弹簧，如内燃机阀门弹簧等。 GB5221 铬硅弹簧钢丝 55CrSiA  79000 4550 -40250   高温时强度性能稳定，用于较高温度下的高应力弹簧。 YB(T)11 弹簧用不锈钢丝       A组：1Cr18Ni9、    0Cr19Ni10、0Cr17NI12Mo2     B组：1Cr18Ni9、0Cr18Ni10    C组：0Cr17Ni8Al  71000 -200300   耐腐蚀、耐高、低温，用于腐蚀或高、低温条件下工作的小弹簧。 GB3121 硅青铜线 QSi3-1  41000 HB90100 -40120   有较高的耐腐蚀与防磁性能。用于机械与仪表等用弹性元件。 GB3124 锡青铜线   40000 HB90100 -250120   有较高的耐磨损、耐腐蚀与防磁性能。用于机械与仪表等用弹性元件。 GB3134 铍青铜线 QBe2  44000 3740 -200120   有较高的耐磨损、耐腐蚀、防磁与导电性能。用于机械与仪表等用精细弹性元件。 GB1222 热扎弹簧钢 65Mn 580 78000 4550 -40120   弹性好。用于普通机械用弹簧。 55Si2Mn55Si2Mn860Si2Mn60Si2MnA 580 78000 4550 -40200   较高的疲劳强度，弹性好，广泛用于各种机械、交通工具等用弹簧。 55CrMnA60CrMnA 580 78000 4752 -40250   弹性好，抗高温，用于承受较重负荷的较大弹簧。 50CrVA 580 78000 4550 -40210   高的疲劳强度，抗高温。用于较高工作温度下的较大弹簧。 我认为65Mn比拟好,不知道你们用弹簧钢做什么产品,请看65Mn,60Si2Mn,50CrVA弹簧钢的区别65Mn 1 综述：该钢为常用弹簧钢。它强度高、淬透性好、脱碳倾向小、价格低、切削加工性好。但有过热敏感性，易产生淬火裂纹，并有回火脆性。用途广泛，用于制造各种截面较小的扁、圆弹簧、板簧与弹簧片。 2 相当于国外牌号：65俄、1065美、080A67EN43E英。 3 成分WC%    S P Cr Ni 4 热处理制度：830 OC+540 AC 回火、空冷 5 技术条件规定的性能 60Si2MnA 1综述 它是用途十分广泛的一种合金弹簧钢。该钢淬透性好。淬火回火后具有较高的强度与弹性极限。较高的屈强比b与抗松弛能力及回火稳定性。如需用等温淬火其综合性能更好。尤其疲劳寿命显著提高,但该钢脱碳倾向大,冷变形塑性低。切削加工比拟重。主要用于250以下工作的厚度小于10mm。直径25 mm的各种板簧、螺旋弹簧、平安阀弹簧、减振弹簧、仪表弹簧等。 2 相当于国外牌号:60C2A(俄)；9260(美)；SUP6(日)；250A58、250A61、En45A英。 3 化学成份WtC 0.560.64；Mn 0.600.90；Si 1.502.00；S0.040；P0.040； Cr0.35；Ni0.35。4 热处理：棒材 870 OC+440 回火。 5 技术条件规定性能： 50CrVA 1综述 该钢是高级优质弹簧钢。具有高的比例极限与强度，高的疲劳度与良好的塑性及韧性，良好的回火稳定性，当加热到300弹性仍可保持。该钢切削加工性尚好。但冷作塑性较差。焊接性差。适用于制造重要的承受大应力的各种弹簧，使用温度不超过400。 2相当于国外牌号 50×a俄；6150美；SUP10日；735A50 En75英50CV法 3化学成份WtC 0.450.54； Mn 0.500.80；Si 0.170.37；S0.030；P0.030；Cr0.801.10；Ni0.35；V 0.100.20。 4热处理制度 860 OC+440500 OC 回火、油冷 5技术条件规定的技能 说明：b 强度极限 Mpa 5 长度为5d试样。拉起后的延伸率% p 比例极限 Mpa 10 长度为10d试样。拉起后的延伸率%  2%剩余伸长屈服长度 Mpa  断面收缩率(%) OC 油冷 HBS 布氏硬度 WC 水冷 HRC(RC) 洛氏硬度 AC 空冷 HBV 纸氏硬度65Mn,60Si2Mn,50CrVA弹簧钢的区别弹簧材料的开展 发布时间：2021年05月31日 浏览次数：1    弹簧应用技术的开展，对材料提出了更高的要求。主要是在高应力下的提高疲劳寿命与抗松弛性能；其次是根据不同的用途，要求具有耐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等。为此，弹簧材料除开发了新品种外，另外严格控制化学成分，降低非金属夹杂，提高外表质量与尺寸精度等方面也取得了有益的成效。 1合金钢的开展 气门弹簧与悬架弹簧已广泛应用Si-Cr钢。为了提高疲劳寿命与抗松弛性能，在Si-Cr钢中添加V、Mo。同时开发了Si-Cr拉拔钢丝，其在高温下工作时的抗松弛性能，比琴钢丝好。随着发动机高速小型化，抗颤振性能好、质量轻、弹性模量小的Ti合金得到了较为广泛的应用，其强度可达2000Mpa。 2不锈钢丝的开展    1  )奥氏体组织不锈钢丝强度比铁素体组织的好，其耐蚀性也优于马氏体组织，因面应用范围不断扩大。    2)低温拔丝或低温氮化拔丝可提高钢丝强度。马氏体受热时组织不稳定，而在低温液体氮中拔丝能形成隐针状马氏体，可获得热态高强度。此种钢丝在美国与日本已有不少应用，但目前只能处理1mm以下的钢丝。    3)电子设备中的精细弹簧要求非磁性，此种钢丝在拉拔加工时，不能生成隐针状马氏体。为此要添加N、Mn、Ni等元素。为了满足这方面的需求，美国开发了AUS205(0.15C-17Cr-1Ni-15Mn-0.3N)与YUS(0.17C-21Cr-5Ni-10Mn-0.3N)。由于Mn的含量增加，加工中不会生成隐针状马氏体。经固溶处理，强度可达2000Mpa，疲劳性能高，优于SUS304。 3提高材料纯度 对高强度材料，严格控制夹杂，提高纯度以保证其性能。如气门弹簧材料的含氧量，目前已达20×10开展。 4改善外表质量 m。 5电镀钢丝的开展 在特殊情况下，除要求弹簧特性外，还要求耐蚀、导电等附加性能，大多均采用电镀工艺解决。 局部不锈钢丝与琴钢丝的耐蚀性能相当于镀锌的耐蚀性能，假设再镀一层ZnAl(5%)的合金，那么耐蚀性可提高约3倍。 对电阻性能有要求的不锈钢丝或琴钢丝，钢丝直径小于0.4mm的可镀铜，大于0.4mm的可采用内部是铜，外部是不锈钢材料。一般琴钢丝镀5m厚的Ni，可提高其导电性。2   弹簧材料的开展随着弹簧应用技术的开展，对弹簧材料提出了更多的要求。主要是在高应力下的提高疲劳寿命与抗松弛性能方面；其次是根据不同的用途，要求具有耐蚀性、非磁性、导电性、耐磨性、耐热性等方面。为此，弹簧材料除开发了新品种外，另从严格控制化学成分，降低非金属夹杂，提高外表质量与尺寸精度等方面取得了有益的成效。1弹簧钢生产工艺的开展  为了提高弹簧钢的质量，工业兴旺国家已普通采用炉外精炼技术、连铸工艺、新型轧制与在线自动检测及控制设备等。为了保证钢的化学成分，降低气体与各种非金属加夹物的含量，采用大容量电炉或转炉熔炼，采用炉外钢包精炼，使氧含量质量分数降至0.00210.0010%，生产出超纯洁钢，从而大大提高了弹簧的设计与工作应力。连铸生产工艺在弹簧钢生产中已被广泛采用。连铸可通过电磁搅拌、低温铸造等技术减小钢的偏析，减小二次氧化，改善外表脱碳，使组织与性能稳定、均匀。采用分列式全连续轧机，可提高尺寸精度，外表质量，同时也可使钢材沿长度显微组织均匀。在轧制过程中为了保证产品的外表质量采用在线自动检测与控制。为了适合变截面弹簧扁钢生产而开发了奥氏体轧制成形新工艺，即先将钢加热到奥氏体区再急冷至亚稳奥氏体区进展塑性加工并淬火处理。这种工艺可使钢在不降低塑性的同时提高强度。此外还有通过轧后在线热处理与外表硬化处理来提高弹簧钢的性能等。2合金钢的开展  合金元素的主要作用是提高力学性能，改善工艺性能及赋予某种特殊性能。气门弹簧与悬架弹簧已广泛应用SiCr钢。Si是抗应力松弛最好的合金元素，在SiCr钢中添加V、Mo形成SiCrV与SiCrMo钢，可以提高疲劳寿命与抗松弛性能。同时SiCr拉拔钢丝，其在高温下工作时的抗松弛性能，比琴钢丝与重要用途碳素弹簧钢丝要好。随着发动机高速小型化，抗颤振性能好、质量轻、弹性模量小的Ti合金得到了较为广泛的应用，其强度可达2000 MPa。3低碳奥氏体钢的开展  低碳奥氏体钢38SiMnB是我国自主研发的一种新型的高性能弹簧钢，在此根底上开发的38SiMnVBE更具优越性，具有高强韧性、高淬透性、高应用性与高性能比。在进展超细晶粒控制轧制后，其抗拉强度 =20302140MPa，屈服强度 =9002021MPa，伸长率 =1215%，面缩率 =4855%。为少片变截面板弹簧提供了高性能的材料。4不锈钢的开展  我国是生产不锈钢的大国，随着不锈钢的生产开展，自然也开发了不少品种，目前已达50多种，根本满足了国内生产开展的需要，对当前开发的一些新品种作简要说明。1奥氏体不锈钢体系的初步形成。为了消除碳元素造成的不锈钢晶界腐蚀疲劳，开发出低碳奥氏体不锈钢0Cr18Ni9与00Cr17Ni2Mo2。为了提高其特殊性能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si与N等元素。2含氮不锈钢的开展。 在不锈钢中以氮代碳取得了成果。在奥氏体不锈钢中N与C有许多共同特性。N稳定奥氏体的作用比Ni大，及C相当。N及Mn结合能取代比拟贵的Ni。在奥氏体中N也是最有效的固溶强化元素之一。N及Cr的亲与力要比C及Cr的亲与力小，奥氏体钢很少见到Cr2N的析出。因此N能在不降低耐蚀性能的根底上，提高不锈钢强度。3超强铁素体不锈钢的开展。 铁素体不锈钢具有良好的腐蚀性能与抗氧化性能，其抗应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢。价格比奥氏体不锈钢廉价。但存在可焊性差、脆性倾向比拟大的缺点，生产与使用受到限制。通过降低钢中的碳与氮的含量，添加Ti、Nb、Zr、Ta等稳定化元素，添加Cu、AI、V等焊缝金属韧化元素三种途径，可以改善铁素体钢的可焊性与脆性。4超级奥氏体钢的开展。 超级奥氏体钢指Cr、Mo、N含量显着高于常规不锈钢的奥氏体钢。其中比拟着名的是含6% Mo的钢245S Mo。这类钢具有非常好的耐局部腐蚀性能，在海水、充气、存在缝隙、低速冲刷条件下，有良好的抗点蚀性能PI 40与较好的抗应力腐蚀性能，是Ni基合金与钛合金的代用材料。5超马氏体不锈钢的开展。 传统的马氏体不锈钢2Cr13、3Cr13、4Cr13与1Cr17Ni2缺乏足够的延展性，在冷顶锻变形过程中对应力十分敏感，冷加工成形比拟困难。加之钢的可焊性比拟差，使用范围受到限制。为克制马氏体钢的上述缺乏，近来已找到一种有效途径，就是通过降低钢的C、Ti含量，增加Ni含量，开发一个新系列合金钢超马氏体钢。这类钢抗拉强度高，延展性好，焊接性能也得到改善，因此超马氏体钢又称为软马氏体钢或可焊接马氏体钢。5弹簧钢丝的开展  弹簧钢丝经过100多年的开展，工艺技术经历了由铅淬火到油淬火，现又开展到感应加热淬火。再加上工艺技术装备不断创新与完善，品种质量不断更新。近来开发的阀门用弹簧钢丝感应加热淬火与回火处理工艺，试验证明，由于感应加热时间短，淬火组织细小，钢丝外表几乎没有脱碳层，所以其塑性、韧性、抗松弛性、断裂韧性、延迟断裂抗力、疲劳寿命等都比油淬火回火钢丝有较大提高。另一种研究取得成效的超细晶粒形变热处理钢丝已能实地应用，超细晶粒形变热处理是组织超细化及形变热处理相结合的一种复合强韧化工艺。它既可提高钢丝的力学性能，同时又能改善钢丝的外表质量。材料外表质量对疲劳性能影响很大。为了保证外表质量，对有特殊要求的材料采用剥皮工艺，将表层去掉0.1mm。对0.5mm深度的缺陷采用涡流探伤。对拔丝过程外表产生的凹凸不平，可用电解研磨，使外表粗糙度降到 =6.53.4 m。6不锈钢丝的开展  近年来国外不锈弹簧钢丝生产开展较快。国内需求量增大的品种主要为1Cr18Ni9与0Cr17Ni7AI。先进的钢丝生产工艺流程特点是盘条首先剥皮处理，去除热加工在外表造成的缺陷，除第一次固溶处理后要进展酸洗外，整个冷加工过程均保持光亮外表。随着工艺的开展，不绣钢丝生产流程进一步简化，将局部原属金属制品行业质量控制简化，转换为对盘条质量的要求。在粗拉丝机后，应用清洁球擦拭与水中清洗，去除外表涂层与剩余润滑膜。在光亮热处理前配备电解酸洗、碱中与、水冲洗与烘干装置，彻底去除钢丝外表油污，改善外表质量。7形状记忆合金的开发  目前在弹簧方面有应用前途的单向形状记忆合金，以50Ti与50Ni性能最好。形状记忆合金制成的弹簧，受温度的作用可伸缩。主要用于恒温、恒载荷、恒变形量的控制系统中。由于是靠弹簧伸缩推动执行机构，所以弹簧的工作应力变化较大。8陶瓷的应用  陶瓷的弹性模量高，断裂强度低，适用于变形不大的地方。目前正在开发的有耐热、耐磨、绝缘性好的陶瓷，应用的有超塑性锌合金SPZ，在常温下具有高的强度。另外，还有高强度的氮化硅，能耐高温，可达1000。但陶瓷弹簧不适用于在冲击载荷下工作。9纤维增强塑料在弹簧中应用  玻璃纤维增强塑料GFRP板簧在英、美与日本等国已广泛应用，除用于横置悬架外，还可用于特殊轻型车辆，如赛车的纵置悬架。目前又研制成功了碳素纤维增强塑料GFRP悬架弹簧，比金属板簧要轻20%。第 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