弹簧用材料讲解PPT优秀课件

《弹簧用材料讲解PPT优秀课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弹簧用材料讲解PPT优秀课件（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、弹簧用材料知识讲解 吴志富2015-4-28 1 目录 1、 弹 簧 用 材 料 标 准2、 弹 簧 材 料 应 具 有 的 性 能3、 合 金 元 素 在 弹 簧 材 料 中 的 作 用4、 生 产 过 程 与 控 制 要 点 2 1 弹 簧 用 材 料 标 准国 内 研 究 国 外 研 究 01 材料名称标准编号材料牌号供货状态代替标准编号弹簧钢GB/T1 2 2 2 -1 9 8 4碳钢、合金钢（钢号1 7种）热轧、退火GB2 2 2 -7 5碳素弹簧钢丝GB/T4 3 5 7 -1 9 8 9 7 0、8 0、6 5 Mn、7 0 Mn、T9 A、T8 MnA铅淬冷拔强化YB2 4 8

2、 -6 4、组重要用途碳素弹簧钢丝GB/T4 3 5 8 -1 9 9 5 6 5、7 0 Mn、T9 A、T8 MnA铅淬冷拔强化YB5 5 0 -6 5琴钢丝YB/T5 1 0 1 -1 9 9 3(GB/T4 3 5 8 -1 9 9 5 ) 6 0 -8 0、6 0 -7 0 Mn、T9 A、T8 MnA铅淬冷拔强化YB2 4 8 -6 4、a组油淬火回火钢丝GB/T1 9 8 3 -2 0 0 3 6 5、7 0、6 5 Mn、6 0 Si2 Mn、6 0 Si2 MnA、5 0 CrV、5 5 CrSi、6 7 CrV油淬火回火YB/T5 1 0 2 -9 3、YB/T5 1 0

3、3 -9 3YB/T5 1 0 4 -9 3、YB/T5 1 0 5 -9 3YB/T5 1 0 8 -9 3合金弹簧钢丝GB/T5 2 1 8 -1 9 9 9 6 0 Si2 MnA 6 5 Si2 MnA 7 5 Si3 MnA 5 0 CrVA 5 5 CrSiA冷拔、退火、正火、高温回火、银亮GB5 2 1 8 -9 9 GB5 2 1 9 -8 5、GB5 2 2 1 -8 5阀门用铬钒弹簧钢丝 YB/T5 1 3 6 -1 9 9 3 5 0 CrVA冷拔、退火、冷拔+银亮、退火+银亮YB2 8 5 -6 4YB2 1 8 -6 4 弹簧用不锈钢丝YB(T)1 1 -1 9 8

4、3 1 Cr 1 8 Ni9、 0 Cr 1 9 Ni1 0、 0 Cr 1 7 Ni8 A1、 0 Cr 1 7 Ni8 Mo2冷拔强化 镍铜合金线GB/T3 1 1 3 -8 2 NCu2 8 -25 -15 NCu4 0 -2 -1冷拔强化YB7 2 8 -7 0青铜线GB/T1 4 9 5 -1 9 9 4 QSi3 -1、QSn4 -3、QSn6 .5 -0 .1、QSn6 .5 -0 .4、QSn7 -0 .2冷拔强化GB3 1 2 4 -8 2GB3 1 2 5 -8 2白铜线GB/T3 1 2 5 -9 4 BMn4 0 -15、BMn3 -1 2、BZnl5 -2 0、B3

5、0、B1 9冷拔强化GB3 1 2 5 -8 2铍青铜线GB/T3 1 3 4 -9 6 QBe2调质强化飞、冷拔强化GB3 1 3 4 -8 2黄铜线GB/T3 1 1 0 -9 4 H6 8、H6 5、H6 2冷拔GB3 1 1 0 -8 2 3 1.1 中 日 德 弹 簧 材 料 对 照国 内 研 究 国 外 研 究 01序 号 中 国 代 号 日 本 代 号 德 国 代 号1 1Cr17Ni7 SUS301 X12CrNi1772 1Cr18Ni9 SUS302 X10CrNiS1893 0Cr18Ni9 SUS304 X5CrNi18104 0Cr17Ni12Mo2 SUS316 X

6、5CrNiMo171225 0Cr17Ni12Mo2N SUS316L X2CrNiMo181436 0Cr17Ni7Al SUS631 X7CrNiAl1777 T8Mn SK5 C85W8 65Mn SWRH 67A C679 70Mn SWRH 72A C6710 55Si2Mn SuP6 55Si711 60Si2Mn SuP6 60SiCr712 60Si2MnA SuP6 60SiCr7 4 2 弹 簧 材 料 应 具 有 的 性 能国 内 研 究 国 外 研 究 021.较 高 的 强 度2.良 好 的 塑 性 和 韧 性3.优 良 的 表 面 状 态 和 疲 劳 性 能4.严

7、格 的 尺 寸 精 度5.好 的 均 匀 性6.必 须 具 有 优 良 的 冶 金 质 量 5 2.1 较 高 的 强 度国 内 研 究 国 外 研 究 02 为 提 高 弹 簧 抗 疲 劳 破 坏 和 抗 松 弛 的 能 力 ， 弹 簧 材 料 应 具 有 高 的 屈 服 强 度 与弹 性 极 限 ， 尤 其 要 有 高 的 屈 强 比 ( )。 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 和 屈 服 强 度 较

8、接 近 ， 如 冷 拔 碳 素 钢 丝 的 约 为 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 ， 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

9、 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 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 ： (其 中 为 材 料 在 对 称 循 环 下 的 疲 劳 强 度 ) 6 2.2 良 好 的 塑 性 和 韧 性国 内 研 究 国 外 研 究 02 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 。

10、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 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 对 提 高 弹 簧 的 使 用 寿 命 会 有 很 大 的 裨 益 。 7 2.2 良 好 的 塑 性 和 韧 性国 内 研 究 国 外 研 究 02 在 弹 簧 制 造 过 程 中 材 料 需 经 受 不 同 程 度 的 加 工 变 形

11、 ， 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 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 对 提 高 弹 簧 的 使 用 寿 命 会 有 很 大 的 裨 益 。 8 2.3 优 良 的 表 面 状 态 和 疲 劳 性 能国 内 研 究 国 外 研 究 02 弹 簧 工

12、 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 气 门 弹 簧 、 阀 门 弹 簧 及 悬 架 弹 簧 都 要求 有 几 百 万 次 ， 几 千 万 次 甚 至 更 长 的 循 环 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 的 是 材 料 的表

13、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

14、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 。 9 2.4 严 格 的 尺 寸 精 度国 内 研 究 国 外 研 究 02 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 ， 以 具 有 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

15、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 。 10 2.5 好 的 均 匀 性国 内 研 究 国 外 研 究 02 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

16、 成 废 品 。 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 洁 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 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 。 11 2.5 必 须 具 有 优 良 的 冶 金 质 量国 内 研 究 国 外 研 究 02 为

17、 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 洁 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 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 。 合 金 元 素 在 弹 簧 材 料 中 的 作 用 弹 簧 材 料 的 化 学 元 素 主 要 以 铁 、 碳 为主

18、 ， 为 保 证 弹 簧 能 满 足 不 同 条 件 下 工 作 的 需 要 ， 则 在 碳 素 弹 簧 钢 的 基 础上 添 加 了 一 定 量 的 合 金 元 素 ， 从 而 使 材 料 具 有 碳 素 弹 簧 钢 所 没 有 的 优 良性 能 ， 如 高 的 弹 性 极 限 、 良 好 的 淬 透 性 和 耐 腐 蚀 性 等 。 12 3 合 金 元 素 在 弹 簧 材 料 中 的 作 用国 内 研 究 国 外 研 究 02碳 (C)是 钢 中 重 要 的 化 学 元 素 ， 弹 簧 钢 的 (C)范 围 是 0 3 1 2 ，其 中 碳 素 弹 簧 钢 的 (C)在 0 60 0 90

19、 之 间 ， 合 金 弹 簧 钢 的 (C)在 0 46 0 75 之 间 。 含 碳 量 越 高 ， 钢 的 硬 度 和 强 度 越 高 ，但 塑 性 降 低 ， 脆 性 增 加 。 锰 (Mn)在 弹 簧 钢 中 一 般 加 入 量 为 1 左 右 。其 优 点 是 淬 透 性 好 、 强 度 较 高 、 脱 碳 倾 向 较 小 ， 缺 点 是 有 过 热 敏 感性 和 回 火 脆 性 倾 向 ， 淬 火 时 开 裂 倾 向 亦 较 大 。 硅 (Si)在 碳 素 钢 中 的(Si)通 常 不 超 过 0 37 ， 它 是 作 为 冶 炼 过 程 中 的 脱 氧 剂 而 加 钢 中 的 。

20、含 硅 的 合 金 弹 簧 钢 其 (Si)在 0 70 2 80 之 间 。 由 于 硅 能 溶 人 铁素 体 中 ， 入 使 铁 素 体 显 著 强 化 ， 从 而 提 高 了 钢 的 强 度 和 屈 强 比 ， 硅 还能 提 高 钢 的 淬 透 性 和 回 火 稳 定 性 。 但 弹 簧 钢 中 含 硅 量 不 能 过 高 ， 否 则会 造 成 钢 的 晶 粒 粗 化 ， 增 加 石 墨 化 倾 向 。 铬 (Cr)能 提 高 淬 透 性 、 细 化晶 粒 ， 是 制 造 高 疲 劳 性 能 弹 簧 所 用 合 金 钢 中 的 重 要 元 素 之 一 ， 当 (Cr)达 到 13 以 上

21、 时 ， 具 有 很 好 的 防 腐 蚀 能 力 ， 是 制 造 弹 簧 所 用 不 锈 钢 中的 主 要 添 加 元 素 。 但 铬 能 引 起 回 火 脆 性 ， 回 火 后 均 需 快 冷 ， 以 避 免 回火 脆 性 的 产 生 。 镍 (Ni)是 我 国 资 源 较 少 的 元 素 ， 一 般 弹 簧 钢 中 很 少 使用 ， 它 是 奥 氏 体 不 锈 钢 中 的 主 要 成 分 之 一 。 镍 主 要 用 于 形 成 稳 定 奥 氏体 组 织 ， 铬 镍 奥 氏 体 的 组 织 稳 定 ， 高 温 下 长 期 使 用 也 不 会 脆 化 。 钒 (V)是 强 碳 化 物 元 素

22、， 和 碳 能 结 合 成 熔 点 很 高 的 碳 化 钒 ， 合 金 弹 簧 钢 中 加入 少 量 的 钒 ， 则 细 化 晶 粒 的 作 用 就 已 十 分 明 显 ， 如 50CrVA的 (V)仅 为0 1 0 2 。 弹 簧 钢 中 加 入 了 钒 细 化 了 晶 粒 、 降 低 了 过 热 敏 感 性 、提 高 了 钢 的 静 强 度 和 疲 劳 强 度 。 钨 (w)主 要 作 用 是 提 高 钢 的 淬 透 性 耐 热性 能 ， 使 弹 簧 在 较 高 温 度 下 仍 能 保 持 高 的 强 度 和 弹 性 ， 钨 还 能 细 化 晶 粒 ，如 常 用 的 弹 簧 材 料 65S

23、i2MnWA， 其 淬 透 性 、 耐 热 性 能 都 优 于 50CrVA。 硼(B)能 大 大 提 高 弹 簧 淬 透 性 ， 加 入 极 微 量 的 硼 (质 量 分 数 为 十 万 分 之 几 )，作 用 就 极 为 明 显 。 在 硅 锰 弹 簧 钢 的 基 础 上 加 入 微 量 的 硼 以 后 淬 透 性 明 显提 高 ， 在 某 些 耐 高 温 的 合 金 弹 簧 材 料 中 加 入 硼 ， 能 增 加 材 料 的 持 久 强 度 。铝 (A1)、 钛 (Ti)、 铌 (Nb)主 要 添 加 在 弹 簧 用 不 锈 钢 或 其 他 特 殊 用 途 的 弹 簧 材 料 中 ， 主

24、 要 目 的 是 提 高 材 料 的 耐 腐 蚀 性 能 或 与 镍 、 钼 等 组 成 沉 淀 硬化 相 ， 起 到 沉 淀 强 化 作 用 。 钴 (Co)是 恒 弹 性 材 料 ， 钴 在 3J21、 3J32中 作为 主 要 添 加 元 素 ， 能 使 弹 簧 材 料 获 得 高 的 弹 性 极 限 ， 并 且 弹 性 模 量 温 度系 数 也 很 小 。 但 钻 是 贵 重 合 金 元 素 ， 除 非 必 要 ， 一 般 不 轻 易 使 用 。 铜(Cu)常 作 为 铜 合 金 中 的 基 体 元 素 ， 与 其 他 添 加 的 元 素 组 成 铜 合 金 弹 性材 料 。 如 与

25、锡 (Sn)、 磷 (P)、 组 成 锡 磷 青 铜 ， 与 硅 、 锰 组 成 硅 青 铜 ，与 铝 组 成 铝 青 铜 ， 与 铍 (Be)组 成 铍 青 铜 等 。 以 铜 镍 为 主 的 蒙 乃 尔 弹性 合 金 有 很 好 的 耐 腐 蚀 性 能 。 铍 (Be)主 要 是 加 人 铜 中 组 成 铍 青 铜 。 铍青 铜 有 优 良 的 弹 性 性 能 。 但 铍 有 毒 ， 且 价 格 也 很 贵 。 上 述 各 种 合 金 元素 可 以 单 独 添 加 ， 也 可 以 几 种 元 素 一 起 添 加 ， 几 种 元 素 一 起 添 加 所 起的 作 用 要 远 大 于 每 种

26、元 素 单 独 添 加 所 起 作 用 的 叠 加 ， 所 以 现 在 新 研 制的 弹 簧 钢 ， 在 合 金 元 素 方 面 ， 都 倾 向 于 采 用 少 量 多 元 的 办 法 。 钢 中 除了 以 上 这 些 有 益 元 素 外 ， 还 不 可 避 免 地 存 在 一 些 有 害 的 杂 质 。 如 硫 (S)、 磷 (P)等 。 这 些 杂 质 会 降 低 钢 的 塑 性 和 韧 性 ， 增 加 脆 性 ， 形 成 的 夹 杂物 严 重 地 降 低 弹 簧 的 寿 命 ， 所 以 要 求 这 两 种 有 害 元 素 在 钢 中 的 含 量 越少 越 好 。 13 THANKS 14 个人观点供参考，欢迎讨论