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彈簧根據負荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態。輕載荷指承受靜態應力,應力較低,變形量較小的彈簧,如安全裝置用彈簧,吸收振動用彈簧等。設計使用壽命103~104次。
一般載荷指設計壽命105~106次,在振動頻率300次/min條件下使用的普通彈簧。在許用應力范圍內,壽命保證1×106次,載荷應力越低,壽命越長。
重載荷指長時間工作、振動頻繁的彈簧。如閥門彈簧,空氣錘、壓力機、
彈簧根據負荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態。輕載荷指承受靜態應力,應力較低,變形量較小的彈簧,如安全裝置用彈簧,吸收振動用彈簧等。設計使用壽命103~104次。
一般載荷指設計壽命105~106次,在振動頻率300次/min條件下使用的普通彈簧。在許用應力范圍內,壽命保證1×106次,載荷應力越低,壽命越長。
重載荷指長時間工作、振動頻繁的彈簧。如閥門彈簧,空氣錘、壓力機、液壓控制器彈簧,其載荷較高,常常在低于許用應力10%左右使用,使用壽命大于1×106次,通常為107次。
彈簧選材的原則是:首先滿足功能要求,其次是強度要求,zui后才考慮經濟性。
碳素彈簧鋼是彈簧鋼中用途廣泛,用量zui大的鋼類。鋼中含0.60%~0.90%的碳和0.3%~1.20%的錳,不再添加其它合金元素,使用成本相對較低。碳素彈簧鋼絲經適當的加工或熱處理,可以獲得很高的抗拉強度,足夠的韌性和良好的疲勞壽命。但碳素鋼絲的淬透性低,抗松弛性能和耐蝕性能差,彈性模量的溫度系數較大(高達300×10-6/℃),適用于制造截面較小,工作溫度較低(120℃>)的彈簧。
合金彈簧鋼一般含0.45%~0.70%的碳和一定量的Si,Mn,Cr,V,W及B等合金元素。合金元素的加入改善彈簧鋼的抗松弛性能,提高鋼的韌性,同時顯著提高鋼的淬透性和使用溫度,適用于制造較大截面,較高溫度下使用的彈簧。
2.成分特點鋼中碳與合金元素的含量及作用為:(1)中、高碳一般地,碳素彈簧鋼wc=0.6%~0.9%,合金彈簧鋼wc=0.45%~0.70%,經淬火加中溫回火后得到回火托氏體組織,能較好地保證彈簧的性能要求。(2)合金元素普通用途的合金彈簧鋼一般是低合金鋼。主加元素為Si、Mn、Cr等,其主要作用是提高淬透性、固溶強化基體并提高回火穩定性;輔加元素為Mo、W、V等強碳化物形成元素,主要作用有防止Si引起的脫碳缺陷、Mn引起的過熱缺陷并提高回火穩定性及耐熱性等。
3.常用彈簧鋼表12-10為我國常用彈簧鋼的牌號、性能特點和主要用途,其成分、熱處理工藝和力學性能可參照有關國家標準(如GB1222-1984)。表12-10常用主要彈簧鋼的牌號性能特點與用途種類鋼號性能特點產要用途碳素彈簧鋼普通Mn量65硬度、強度、屈強比高,但淬透性差,耐熱性不好,承受動載和疲勞載荷的能力低價格低廉,多應用于工作溫度不高的小型彈簧<12mm
或不重要的較大彈簧7085較高Mn量65Mn淬透性、綜合力學性能優于碳鋼,但對過熱比較敏感價格較低,用量很大,制造各種小截面 <15mm
的扁簧、發條、減震器與離合器簧片,剎車軸等合金彈簧鋼Si-Mn系55Si2Mn強度高、彈性好,抗回火穩定性佳;但易脫碳和石墨化。含B鋼淬透性明顯提高主要的彈簧鋼類,用途很廣,可制造各種中等截面<25mm
的重要彈簧,如汽車、拖拉機板簧、螺旋彈簧等60Si2Mn55Si2MnB55SiMnVBCr系50CrVA淬透性優良、回火穩定性高、脫碳與石墨化傾向低;綜合力學性能佳,有一定的耐蝕性,含V、Mo、W等元素的彈簧具有一定的耐高溫性;由于均為高級優質鋼,故疲勞性能進一步改善用于制造載荷大的重型大型尺寸(50~60mm)的重要彈簧,如發動機閥門彈簧、常規武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧;耐熱彈簧,如鍋爐安全閥彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈等60CrMnA60CrMnBA60CrMnMoA60Si2CrA60Si2CrVA1)碳素彈簧鋼(即非合金彈簧鋼)其價格便宜但淬透性較差,適合于截面尺寸較小的非重要彈簧,其中以65、65Mnzui常用。2)合金彈簧鋼根據主加合金元素種類不同可分為兩大類:Si-Mn系彈簧鋼和Cr系彈簧鋼。前者淬透性較碳鋼高,價格不很昂貴,故應用zui廣,主要用于截面尺寸不大于25mm的各類彈簧,60Si2Mn是其典型代表;后者的淬透性較好,綜合力學性能高,彈簧表面不易脫碳,但價格相對較高,一般用于截面尺寸較大的重要彈簧,50CrVA是其典型代表。
4.熱處理特點彈簧鋼的熱處理取決于彈簧的加工成形方法,一般可分為熱成形彈簧和冷成形彈簧兩大類:1)熱成形彈簧對截面尺寸>10mm各種大型和形狀復雜的彈簧均采用熱成形(如熱軋、熱卷),如汽車、拖拉機、火車的板簧和螺旋彈簧。其簡明加工路線為:扁鋼或圓鋼下料→
加熱壓彎或卷繞 → 淬火中溫回火 →
表面噴丸處理,使用狀態組織為回火托氏體。噴丸可強化表面并提高彈簧表面質量,顯著改善疲勞性能。2)冷成形彈簧截面尺寸<10mm的各種小型彈簧可采用冷成形(如冷卷、冷軋),如儀表中的螺旋彈簧、發條及彈簧片等。這類彈簧在成形前*行冷拉(冷軋)、淬火中溫回火或鉛浴等溫淬火后冷拉(軋)強化;然后再進行冷成形加工,此過程中將進一步強化金屬,但也產生了較大的內應力和脆性,故在其后應進行低溫去應力退火(一般200~400℃)。
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