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合金元素在弹簧材料中的作用

日期:2022-08-04 13:58:26

弹簧材料的化学元素以铁、碳为主,为确保弹簧能满足不同条件下工作的需要,则在碳素弹簧钢的基础上添加了少量的合金元素,从而使材料具有碳素弹簧钢所没有的优良性能,如高的弹性jx、良好的淬透性和n腐蚀性等。各种合金元素在弹簧材料中的作用如下:

(C)是钢中重要的化学元素,弹簧钢的 /(C)范围是0.3%~1.2%,其中碳素弹簧钢的 /(C)在0.60%~0.90%之间,合金弹簧钢的 /(C)在0.46%~0.75%之间。含碳量越高,钢的硬度和强度越高,但塑性降低,脆性增加。

(Mn)在弹簧钢中加入量为1%左右。其优点是淬透性好、强度高、脱碳倾向小,缺点是有过热敏感性和回火脆性倾向,淬火时开裂倾向亦大。

(Si)在碳素钢中的 (Si)通常不超过0.37%,它是作为冶炼过程中的脱氧剂而加钢中的。含硅的合金弹簧钢其 (Si)在0.70%~2.80%之间。由于硅能溶人铁素体中,入使铁素体显著强化,从而提高了钢的强度和屈强比,硅还能提高钢的淬透性和回火稳定性。但弹簧钢中含硅量不能过高,否则会造成钢的晶粒粗化,增加石墨化倾向。

(Cr)能提高淬透性、细化晶粒,是制造高疲劳性能弹簧所用合金钢中的重要元素,当 (Cr)达到13%以上时,具有很好的F腐蚀能力,是制造弹簧所用不锈钢中的添加元素。但铬能引起回火脆性,回火后均需快冷,以避免回火脆性的产生。

(Ni)是我国资源少的元素,弹簧钢中很少使用,它是奥氏体不锈钢中的成分之1。镍用于形成稳定奥氏体组织,铬镍奥氏体的组织稳定,高温下长期使用也不会脆化。

(V)是强碳化物元素,和碳能结合成熔点很高的碳化钒,合金弹簧钢中加入少量的钒,则细化晶粒的作用就已十分明显,如50CrVA的  (V)仅为0.1%—0.2%。弹簧钢中加入了钒细化了晶粒、降低了过热敏感性、提高了钢的静强度和疲劳强度。

(w)作用是提高钢的淬透性N热性能,使弹簧在高温度下仍能保持高的强度和弹性,钨还能细化晶粒,如常用的弹簧材料65Si2MnWA,其淬透性、N热性能都优于50CrVA。

(B)能大大提高弹簧淬透性,加入微量的硼(质量分数为十万分之几),作用就为明显。在硅锰弹簧钢的基础上加入微量的硼以后淬透性明显提高,在某些N高温的合金弹簧材料中加入硼,能增加材料的持久强度。

(A1)、钛(Ti)、铌(Nb)添加在弹簧用不锈钢或其他用途的弹簧材料中,目的是提高材料的N腐蚀性能或与镍、钼等组成沉淀硬化相,起到沉淀强化作用。

(Co)是恒弹性材料,钴在3J21、3J32中作为添加元素,能使弹簧材料获得高的弹性JX,并且弹性模量温度系数也很小。但钻是贵重合金元素,不轻易使用。

(Cu)常作为铜合金中的基体元素,与其他添加的元素组成铜合金弹性材料。如与锡(Sn)、磷(P)、组成锡磷青铜,与硅、锰组成硅青铜,与铝组成铝青铜,与铍(Be) 组成铍青铜等。以铜镍为主的蒙乃尔弹性合金有很好的N腐蚀性能。

(Be)是加人铜中组成铍青铜。铍青铜有优良的弹性性能。但铍有毒,且价格也很贵。

上述各种合金元素可以单独添加,也可以几种元素1起添加,几种元素1起添加所起的作用要远大于每种元素单独添加所起作用的叠加,所以现在新研制的弹簧钢,在合金元素方面,都倾向于采用少量多元的办法。

钢中除了以上这些有益元素外,还不可避免地存在些有害的杂质。如硫(S)、磷(P)等。这些杂质会降低钢的塑性和韧性,增加脆性,形成的夹杂物严重地降低弹簧的寿命,所以要求这两种有害元素在钢中的含量越少越好。

模具弹簧.jpg