中國彈簧材料的分析與現(xiàn)況

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中國各行各業(yè)的彈簧應用技術的發(fā)展，對材料提出了更高的要求。主要是在高應力下的提高疲勞壽命和抗松弛性能；其次是根據(jù)不同的用途，要求具有耐蝕性、非磁性、導電性、耐磨性、耐熱性等。為此，彈簧材料除開發(fā)了新品種外，另外嚴格控制化學成分，降低非金屬夾雜，提高表面質量和尺寸精度等方面也取得了有益的成效。

1．提高材料純度 對高強度材料，嚴格控制夾雜，提高純度以保證其性能。如氣門彈簧材料的含氧量，目前已達20-10-6級別。

2．改善表面質量 材料表面質量對疲勞性能影響很大。為了保證表面質量，對有特殊要求的材料采用剝皮工藝將表層0.1 mm厚的材料剝掉。對0.5mm深度的缺陷采用渦流探傷。對拔絲過程表面產生的凹凸不平，可用電解研磨，使表面粗糙降到Ra=6.5-3.4μm。

3．合金鋼絲的發(fā)展 氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應用Si-Cr鋼。為了提高疲勞壽命和抗松弛性能，在Si-Cr鋼中添加V、Mo。同時開發(fā)了Si-Cr拉拔鋼絲，其在高溫下工作時的抗松弛性能，比琴鋼絲好。隨著發(fā)動機高速小型化，抗顫振性能好、質量輕、彈性模量小的Ti合金得到了較為廣泛的應用，其強度可達2000MPa。

4．電鍍鋼絲的發(fā)展 在特殊情況下，除要求彈簧特性外，還要求耐蝕、導電等附加性能，大多均采用電鍍工藝解決。

部分不銹鋼絲和琴鋼絲的耐蝕性能相當于鍍鋅的耐蝕性能，若再鍍一層ZnAI（5%）的合金，則耐蝕性可提高約3倍。

對電阻性能有要求的不銹鋼絲或琴鋼絲，鋼絲直徑小于0.4mm的可鍍銅，大于0.4mm的可采用內部是銅，外部是不銹鋼材料。一般琴鋼絲鍍5μm厚的Ni，可提高其導電性。

一般來說，能使材料表面硬化形成殘余應力的工藝（如噴丸強化和表面氮化等）均可提高疲勞強度。目前正在研究非電解鍍Ni，通過加熱（300500℃）可將7%的P以PNi析出，可提高維氏硬度達HV 500。噴丸后，若在300℃以下加熱鍍Ni，亦可提高硬度10％。

5．不銹鋼絲的發(fā)展

(1)奧氏體組織不銹鋼絲強度比鐵素體組織的好，其耐蝕性也優(yōu)于馬氏體組織，因而應用范圍不斷擴大。

(2)低溫拔絲或低溫氮化拔絲可提高鋼絲強度。馬氏體受熱時組織不穩(wěn)定，而在低溫液體氮中拔絲能形成隱針狀馬氏體，可獲得熱態(tài)高強度。此種鋼絲在美國和日本已有不少應用，但目前只能處理1mm以下的鋼。

(3)電子設備中的精密彈簧要求非磁性，此種鋼絲在拉拔加工時，不能生成隱針狀馬氏體。為此要添加N、Mn、Ni等元素。為了滿足這方面的需求，美國開發(fā)了AUS205（0.15C-17Cr-1Ni-15Mn-0.3N） 和YUS（0.17C-21Cr-5Ni-10Mn-0.3N）。由于Mn的含量增加，加工中不會生成隱針狀馬氏體。經固溶處理，強度可達2000MPa，疲勞性能高，優(yōu)于SUS 304。

6．形狀記憶合金的開發(fā) 目前在彈簧方面有應用前途的單向形狀記憶合金，以50Ti-50Ni性能最好。形狀記憶合金制成的彈簧，受溫度的作用可伸縮。主要用于恒溫、恒載荷、恒變形量的控制系統(tǒng)中。由于是靠彈簧伸縮推動執(zhí)行機構，所以彈簧的工作應力變化較大。