弹簧钢材料教学ppt课件

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1、从弹簧制造企业的角度来看弹簧钢材料的现状与需求一、概述1、弹簧特性及其弹簧钢材料的重要性弹簧产品是靠利用材料的物理特性，通过一定的转换方式来实现其储存能量和释放能量的使用功能的。材料特性在很大程度上决定了弹簧的力学特性，影响着弹簧的设计开发和技术性能要求的提升。现代弹簧材料品种的发展，特别是新型的高强度金属合金的不断出现和物理特性的提高，使弹簧产品有了更高更广的效能；同时弹簧产品制造加工工艺的不断更新和优化，如结构成形、热处理和表面涂装等，使弹簧的应用和发展更能满足其功能要求，进一步提升了弹簧产品使用的安全性、经济性和环保特性。2

2、、常用弹簧金属材料的技术标准3、弹簧钢材料应具有的性能1)高的强度：为提高弹簧抗疲劳破坏和抗松弛的能力，弹簧材料应具有一定的屈服强度σs与弹性极限σe，尤其要有高的屈强比（σS/σb）。在通常情况下，材料的弹性极限与屈服强度成正比，因此弹簧设计和制造者总是希望材料具有高的屈服强度，而弹簧材料的抗拉强度σb和屈服强度σS较接近，如冷拔碳素钢丝的σS约为σb的90%左右。由于抗拉强度比屈服强度容易测得，在材料交货中提供的都是抗拉强度，故在设计制造时一般都用抗拉强度作为依据。但材料的抗拉强度并不是越高越好，强度过高会降低材料的塑性和韧性

3、，增加脆性倾向。材料抗拉强度的高低与其化学成分、金相组织、热处理状况、冷加工（拉拔或轧制）程度及其他强化工艺等因素有关。抗拉强度与疲劳强度也有一定的关系，当材料的σb在1600Mpa以下时，其疲劳强度随抗拉强度的增高而增高。大致上材料的疲劳强度与抗拉强度遵循的关系是：σ-1≈（0.35～0.55）σb（其中σ-1为材料在对称循环下（如交变载荷）的疲劳强度）。2）良好的塑性和韧性：在弹簧制造过程中材料需经受不同程度的加工变形，因此要求材料具有一定的塑性。例如形状复杂的拉伸和扭转弹簧的钩环及扭臂，当曲率半径很小时，在加工卷绕或冲压弯曲

4、成形时，弹簧材料均不得出现裂纹、折损等缺陷。同时弹簧在承受冲击载荷或变载荷时，材料应具有良好的韧性，这样能明显提高弹簧的使用寿命。3）优良的表面状态和疲劳性能：弹簧工作时表面承受的应力最大，而疲劳破坏往往是从钢丝表面开始的，对于用在重要场合的弹簧，如轿车发动机气门弹簧一般要求疲劳寿命2.3×107次～3.0×107次，中高档轿车悬架弹簧一般要求2.0×106次～5.0×106次甚至更长的疲劳寿命，这就对材料的疲劳性能提出了很高的要求。影响材料疲劳性能的因素很多，如材料的化学成分、硬度、钢材的纯净程度、表面质量和金相组织等，尤为重要

5、的是材料的表面质量。材料的表面缺陷，如裂纹、折叠、鳞皮、锈蚀、凹坑、划痕和压痕等，都易使弹簧在工作过程中造成应力集中。其应力集中的部位常常是造成疲劳破坏的疲劳源。疲劳源还易在表面脱碳的部位首先发生，因此严格控制脱碳层深度也是一个很重要的质量指标。为提高弹簧材料的表面质量，可以对材料表面进行磨光或抛光，在钢丝拉拔前采用剥皮工艺剥除一层材料表皮，这样可以将大部分表面缺陷去掉。弹簧热处理时可采用控制气氛或真空热处理，防止表面脱碳和氧化。4）严格的尺寸精度：许多弹簧对负荷精度有较高的要求，如气门弹簧的负荷偏差不得大于规定负荷的5%～6%，

6、以采用圆钢丝的拉、压弹簧为例，如果钢丝直径偏差为1%，负荷就会产生4%左右的偏差。由此可见，严格的尺寸精度对保证弹簧的质量也是十分重要的。5）好的均匀性：对材料的均匀性要求是指对材料的化学成分、力学性能、尺寸偏差等各项指标要求均匀和稳定一致。如果材料各方面性能不一致，会给弹簧生产带来很大的困难，造成产品几何尺寸、硬度、负荷等参数的离散性，严重的不均匀性甚至会造成废品。6）为了满足上述性能要求，弹簧钢必须具有优良的冶金质量，包括严格控制的化学成分、高的纯净度、低的杂质含量、低的非金属夹杂物含量，并控制其形态、粒度和分布。此外还要求钢

7、质的均匀性和稳定性。弹簧钢还应具有良好的表面质量（包括表面脱碳）和高精度的外形和尺寸。4、超纯净弹簧钢的概念超纯净弹簧钢是近年来欧洲新提出来的弹簧钢概念，它不能算是一种新材料，只是对某些高强度弹簧钢的改进。基本的思路是尽量消除高强度弹簧钢中高熔点、高硬度或脆性夹杂物，在降低杂质元素、提高钢的纯净度的基础上，通过工艺调整和添加剂显著降低高硬度或脆性夹杂物百分比含量，从而提高弹簧的综合力学性能，提高弹簧的使用工作应力、寿命和可靠度。目前这类材料主要有瑞典Garphyttan公司的OTEVA70SC、OTEVA75SC、OTEVA90S

8、C，法国Trefileurope公司的TH-381E、TH-381HRE。亚洲日本、中国、韩国等一流的钢铁公司如日本神户、新日铁、韩国浦项、中国宝钢等通过特殊精炼也具有类似的材料和性能，如日本新开发的UHS系列，其最高使用工作应力可达到1300Mp