弹簧应力松弛特性

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1、④f一；；译文荟萃；弹簧应力松弛特性北京市弹簧厂孙永平译THlj1．引言几个方面：对于工业部门来说，无论那种零件都希a、发动机阀门弹簧望以尽量小的代价获得尽可能长的使用寿b、电厂和制造工业的安全阀命。弹簧的用户可能要求产品具有lO年到2Oc、电子设备和家用电器年或更大的一些寿命。因此恰当地选择材料d、建筑和民用工程和制造工艺对于有寿命要求的弹簧产品是至e、原子能和军事方面的应用关重要的。弹簧研究和制造协会(以下简称在实际应用中，弹簧的失效一般有疲sRAMA)已经有4D多年的历史了，在弹簧劳腐蚀或松弛三个方面。前两种现象常有和弹簧材料的松弛特性方面积累了大量的丰较完备资料并

2、容易被设计者理解。但松弛现富的实验数据，并且所有影响松弛特性的因象往往设计者不理解。素都得到了验证，建立起一个弹簧设计者和在服役期间，弹簧常要求维持一个固定弹簧生产者能查询的综合数据库。的负载，即在一个特定的位置上提供一个固’2．松弛数据的描述定的力，或者是在两个位置之循环工作。松弛数据是从各种各样的试验中获得在这些情况下，受到较高应力状态作用的，并且大多以图来描述。如t时，使弹性应变逐渐发生塑性变形，导致了a、在原始应力范围以及各种不同温度弹簧承载能力下降。这种出现在规定位置下下持续时间与松弛的关系(如图l干『r图2)。的塑性变形称为松弛。在固定长度下的松弛叫静吝松弛。

3、在两个长度位置之间的循环中的松弛叫动态松弛。在这两种情况下，当塑性变形发生时，弹簧的负荷和应力逐渐降低但是，在两个规定长度位置之循环运动，：一其负荷损失要比两个规定载荷之间循环运动的负荷损失小，因此平均施加应力比较低。在某些危险工作环境。象化学和石油化学工业中的安全闻弹簧，设计者对弹簧松弛图l铅淬冷拉碳钢弹簧在l50℃删的松规律的了解是必不可少的，因为松弛可能会弛性能和时问关系曲线造成危险或者是有毒的物资泄漏，甚至会造b、在固定时间及各种不同温度下的应成爆炸的危险。力与松弛的关系(如图3)。需要对弹簧的橙弛进行控制的包括以下c、在固定时间并绐定松弛水平范围3l时，原始应力

4、与温度的关系(如图4)。的范围内变化(称为次要失效阶段)。次要失效阶段是研究的重点。这个阶段所需进行的试验时问主要取决于材质。对于碳钢和低合金钢一般用72小时就足够了。而对于不锈钢至少需要168小时。对于含更多镍钴的台金甚至需要更长的时间。一旦通过了主要松弛阶段，弹簧将能够经受长期的考验(假设10年)。主要松弛阶段的松弛点占整个松弛过程的9O现在图2铅淬冷拉碳钢弹簧在800N／mm初始SRAMA所作的工作给出了一个更实际的应力时的松弛性能和时间关系曲线图，该图说明了在弹簧整个使用过程中，主要松弛阶段占总松弛过程60至65％的数据。SRAMA已经掌握了在图1和图2中展示的时

5、闯松弛数据，可归纳为对数关系：R：alogt4-b(1)式中R一松弛率幕t一以小时为单位的时问晕a~'lb是常数，它的变化取决于试验材料和试验条件(即应力和温度)。以上关系也可用线性关系来表示，即把时间坐标用对数时间表示，如图5。[N／rmI通过观察可以发现时间松弛比率受到应力和温度的影响，它们都增压时，松弛率也图3铅淬冷拉碳钢的应力松弛性能增加(参见图1、图2和图5)。2．2应力樵弛数据SRAMA已经发现，应力松弛数据可用指数关系来表示tR=Ae‘一C(2)式中R=松弛率=原始应力水平／L／1．图4铬硅钢72小时后的等松弛曲线—／2．1时闻松弛最据／／Nraw图和图2说

6、明在初始试验时的一个相当“时问内，弹簧出现太幅度的松弛(称为主要松弛阶段)。尔后，松弛率在一个较低图5铅淬冷拉碳弹簧钢在150℃时的松弛性能32和时间关系曲线常有这种情况，我们不能提供试验数据的条件出现了，并且我们在上述三种关系方面的基础上使用外推法所获得的数据是唯一采鲁■的，但还是应该谨慎从事，以保证在外推的范围内没有出现组织上的改变。在温度方面的情况特别重要，可能出现显微组织的变化(例如马氏体回火)，使松弛曲线产生斜率上的变化，而造成意想不到的松弛水平的上升。3．弹簧材料的应力松弛特性图6铁质弹簧材料在ioo℃时的应力一对于任何弹簧的使用，最重要的是选择松弛性能材料，

7、以满足应力和周围温度条件，因此应A和B是常数，它的变化决于材料以力松弛可能并不是唯一的最终选择材料的必及试验条件。要因素，其它的工作要求可能决定特殊材料c是整数，它的值取决于试验结果，但的使用。在这种情况下，具备一些耪料松弛(R+C)，必须太于o，以补偿数据统计分性能的知识能够对预期达到的松弛水平提供析的结果(避免松弛率小于0或者承载能一个指导。一般来说，高合金和抗高温的材躺，抗力反而增加)。将公式(2)转换成对数方式：松弛性能也更好。ln(R+C)：InA+BT(3)在图6和图7中这种现象描述得很清楚。运用标准统计分析技术达