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弹簧材料是如何发展的呢?全面解答

2020-04-10返回列表

      随着弹簧应用技术的发展,对弹簧材料提出了更高的要求。主要是为了改善高应力下的疲劳寿命和抗松弛性能。其次,根据不同的用途,要求耐腐蚀性,非磁性,导电性,耐磨性,耐热性等方面。为此,除开发新型弹簧材料外,除严格控制化学成分外,减少非金属夹杂物,提高表面质量和尺寸精度等方面均取得了有益的效果。


弹簧材料是如何发展的呢?全面解答


    (1)弹簧钢生产技术的发展


    为了提高弹簧钢的质量,在工业发达国家普遍采用了炉外精炼技术,连铸工艺,新型轧制和在线自动测控设备。


    为了确保钢的化学成分并减少气体和各种非金属夹具的含量,可通过在大容量电炉或转炉中冶炼并在炉中精炼,将氧气含量(质量分数)降低至(0.0021?0.0010)%。钢包在炉子外面。


    连铸工艺已广泛用于弹簧钢生产中。连续铸造可通过电磁搅拌,低温铸造等技术减少钢的偏析,减少二次氧化,改善表面脱碳,使组织和性能稳定均匀。


    行进全连续轧机的使用可以提高尺寸精度和表面质量,同时可以使钢的组织沿长度方向均匀。为了保证产品在轧制过程中的表面质量,在线自动检测和控制。为了适应变截面弹簧扁钢的生产,开发了一种新的奥氏体轧制成型工艺,即将钢加热到奥氏体区,然后冷却到亚稳态奥氏体区,以进行塑性加工和淬火。该过程允许在不降低其塑性的情况下对钢进行加固。另外,通过在线热处理和轧制后的表面硬化来改善弹簧钢的性能。


    (2)合金钢的发展


    合金元素的主要功能是改善机械性能,改善工艺性能并赋予某些特殊性能。气门弹簧和悬架弹簧已广泛用于SiCr钢。Si是缓解应力的最佳合金元素。将V和Mo添加到SiCr钢中以形成SiCrV和SiCrMo钢可以改善疲劳寿命和抗松弛性。同时,SiCr拉拔钢丝,其在高温下的抗松弛性能,优于钢琴钢丝和碳弹簧钢丝的重要用途。随着发动机的快速小型化,具有良好的抗振颤性能,重量轻,弹性模量小的钛合金已被广泛使用,其强度可达到2000MPa。


    (3)低碳奥氏体钢的发展


    低碳奥氏体钢38SiMnB是在中国自主开发的新型高性能弹簧钢。在此基础上开发的38SiMnVBE具有更多的优势,具有高强度和韧性,高淬透性,高应用性和高性能比。经过控制的超细晶粒轧制后,其抗拉强度=(2030?2140)MPa,屈服强度=(900?2010)MPa,伸长率=(12?15)%,表面收缩率=(48?55)%。它以较小的截面和可变的截面为板簧提供了高性能的材料。


    (4)不锈钢的发展


    我国是生产不锈钢的大国,随着不锈钢的生产发展,自然也发展了很多品种,目前已经达到了50种,基本满足了国内生产发展的需要,对一些新的作简要说明。目前正在发展的品种。


    1)初步形成奥氏体不锈钢体系。开发了低碳奥氏体不锈钢0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2,以消除碳元素引起的不锈钢晶界腐蚀疲劳。为了提高其特殊性能,可以添加Cu,Ti,Nb,Mn,Cr,Si和N元素。


    2)开发含氮不锈钢。在不锈钢中已经实现了用氮代替碳的方法。在奥氏体不锈钢中,N和C具有许多共同的特征。N在稳定奥氏体中的作用要大于Ni,并且与C相当。N与Mn的结合可以代替更昂贵的Ni。


    N也是奥氏体中最有效的固溶强化元素之一。N和Cr之间的亲和力Cr比C和Cr小,在奥氏体钢中很少见到Cr2N的析出。因此,N可以在不降低耐腐蚀性的情况下提高不锈钢的强度。


    3)开发超级铁素体不锈钢。铁素体不锈钢具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性,其抗应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢。它比奥氏体不锈钢便宜。然而,可焊性差和脆性趋势大的缺陷限制了生产和使用。通过减少钢中的碳和氮含量,添加稳定元素(如Ti,Nb,Zr和Ta)以及添加焊接金属的增韧元素(如Cu,Al和V),可以改善铁素体钢的焊接性和脆性。


    4)发展超级奥氏体钢。超级奥氏体钢是指其Cr,Mo和N的含量明显高于常规不锈钢的奥氏体钢。最著名的一种是含6%Mo(245SMo)的钢。这种钢在海水,空气,裂缝和低速腐蚀的条件下具有很好的抗局部腐蚀性能,具有良好的抗点蚀性(PI40)和良好的抗应力腐蚀性能。它是镍基合金和钛合金的替代材料。


    5)开发超马氏体不锈钢。传统的马氏体不锈钢2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足够的延展性,并且对冷头锻造变形过程中的应力非常敏感,这使得冷成形困难。另外,钢的焊接性较差,使用范围受到限制。为了克服马氏体钢的上述缺点,最近发现了一种有效的方法,即通过降低钢中的C和Ti含量并增加Ni含量来开发新的合金钢系列-超级马氏体钢。这种钢具有较高的抗拉强度,良好的延展性和改善的焊接性能。因此,超级马氏体钢也称为软马氏体钢或可焊接马氏体钢。


    (5)弹簧钢丝的开发


    弹簧钢丝经过一百多年的发展,其工艺技术由铅淬火到油淬火,现在发展到感应加热淬火。除了工艺技术和设备的创新和改进外,品种和质量也在不断更新。随着气门弹簧钢丝感应加热淬火和回火工艺的最新发展,实验证明,由于感应加热时间短,淬火组织小,钢丝表面几乎没有脱碳层,因此其可塑性和韧性,抗流挂性,断裂性韧性,耐延迟断裂性能和疲劳寿命均高于油淬火回火钢丝所具有的更大。


    另一类效果良好的超细晶粒变形处理钢丝已在该领域中得到了应用。它不仅可以提高钢丝的机械性能,而且可以提高钢丝的表面质量。材料的表面质量对疲劳性能有很大影响。为了确保表面质量,对特殊要求的材料进行了表皮处理,并去除了0.1mm的表面层。涡流用于检测深度为0.5mm的缺陷。对于在拉丝过程中产生的不平坦表面,可通过电解研磨将表面粗糙度降低至=(6.5-3.4)m。


    (6)不锈钢丝的开发


    近年来,不锈钢弹簧钢丝的生产在国外发展迅速。国内需求增加主要是针对1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI品种。


    先进的钢丝生产工艺的特点是首先进行剥皮处理,以去除表面热加工所引起的缺陷。除第一次固溶处理后的酸洗外,在整个冷加工过程中均保持光亮的表面。


    随着技术的发展,非刺绣钢丝的生产工艺进一步简化,简化了部分原始金属制品行业的质量控制,并将其转变为对盘条质量的要求。粗拉机之后,用清洁球擦拭并用水清洗,除去表面涂层和残留的润滑膜。在进行光亮热处理之前,配有电解酸洗,碱中和,水洗和干燥设备,彻底清除钢丝表面的油脂,提高表面质量。


    (7)形状记忆合金的发展


    目前,在弹簧中有前途应用的单向形状记忆合金在50Ti和50Ni方面具有最佳性能。由形状记忆合金制成的弹簧,可以通过温度拉伸。主要应用于恒定温度,恒定负载和恒定变形的控制系统。因为是由弹簧伸缩的推杆,所以弹簧的工作应力变化很大。


    (8)陶瓷的应用


    陶瓷具有较高的弹性模量和较低的断裂强度,因此适用于变形较小的地方。当前正在开发的是耐热,耐磨,良好绝缘的陶瓷,应用超塑性锌合金(SPZ),在室温下具有很高的强度。此外,还有高强度氮化硅,可以承受高达1000℃的高温。但是陶瓷弹簧不适合在冲击载荷下工作。


    (9)弹簧中使用了纤维增强塑料


    玻璃纤维增强塑料(GFRP)弹簧已在英国,美国和日本广泛使用。它不仅用于水平悬架,还用于特殊的轻型车辆,例如赛车的垂直悬架。目前,已经开发出碳纤维增强塑料(GFRP)悬架弹簧,其重量比金属弹簧轻20%。


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