彈簧在沖擊、振動或*交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結(jié)合我國資源，并根據(jù)汽車、拖拉機設(shè)計新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)

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單位：東莞鑫福鴻金屬材料行

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:：游藝湉         

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彈簧鋼材定義  

彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性，而專門用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現(xiàn)*變形?！　椈射搼?yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能（特別是彈性極限、強度極限、屈強比）、抗彈減性能（即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能）、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能（耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等）。為了滿足上述性能要求，彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量（高的純潔度和均勻性）、良好的表面質(zhì)量（嚴(yán)格控制表面缺陷和脫碳）、精確的外形和尺寸?！　「鶕?jù)GB/T 13304《鋼分類》標(biāo)準(zhǔn)，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬于機械結(jié)構(gòu)用鋼；按照質(zhì)量等級，屬于特殊質(zhì)量鋼，即在生產(chǎn)過程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼。按照我國習(xí)慣，彈簧鋼屬于特殊鋼，制作彈簧鋼的時候技術(shù)要求比較高，技術(shù)的過硬直接決定品質(zhì)的高低。  

分類：  
按照化學(xué)成分分類：  
根據(jù)GB/T 13304 標(biāo)準(zhǔn)，彈簧鋼按照其化學(xué)成分分為非合金彈簧鋼（碳素彈簧鋼）和合金彈簧鋼。　　1.碳素彈簧鋼　　碳素彈簧鋼的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般在0.62%~0.90%。按照其錳含量又分為一般錳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （0.50%~0.80%）如65、70、85和較高錳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （0.90~1.20%），如65Mn兩類?！　?.合金彈簧鋼　　合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學(xué)性能、淬透性和其他性能，以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼?！　『辖饛椈射摰幕窘M成系列有，硅錳彈簧鋼、硅鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎(chǔ)上，有一些牌號為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、釩或硼等合金元素?！　〈送猓€從其他鋼類，如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼，選擇一些牌號作為彈簧用鋼。  

按照生產(chǎn)加工方法分類：  
1. 熱軋 （鍛）鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板，鍛制圓鋼、方鋼。　　2.冷拉（軋） 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 （冷拉圓鋼）。  

按照鋼材交貨狀態(tài)分類  
1. 熱軋 （鍛） 鋼材　　A.以熱軋 （鍛） 狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)熱成形制成彈簧，然后進行淬火和回火處理?！　.以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進行淬火和回火處理?！　∫陨暇鶓?yīng)符合相應(yīng)的交貨狀態(tài)硬度的規(guī)定。　　2. 冷拉 （軋） 鋼材　　A.鋼絲　?、?nbsp;鉛浴等溫淬火冷拉鋼絲（又稱派登脫處理冷拉鋼絲） 鋼絲制成彈簧后只需進行低溫回火，以消除應(yīng)力?！　、?nbsp;油淬火和回火鋼絲 冷拉成所需尺寸后，進行連續(xù)加熱、連續(xù)油淬火和鉛回火。鋼絲制成彈簧后只需進行底溫火，以消除應(yīng)力?！　、?nbsp;冷拉鋼絲 （即不經(jīng)淬火和回火處理的鋼絲）　　a. 以冷拉狀態(tài)交貨?！　. 以退火、正火或回火處理狀態(tài)交貨?！　∫陨蟽煞N狀態(tài)交貨的鋼絲制成彈簧后均需進行淬火和回火處理?！　.鋼帶　?、?nbsp;冷軋狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進行低溫回火，以消除應(yīng)力。　?、?nbsp;淬火和回火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進行低溫回火，以削除應(yīng)力?！　、?nbsp;退火火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進行淬火和回火處理　　C.冷拉鋼材　　以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進行淬火和回火處理。  

按其他分類方法  

除以上所述外，還有一些其他分類方法，例如：  

   
 按交貨條件要求不同可分為按化學(xué)成分（力學(xué)性能）交貨和按淬透******貨?！　“磸椈晒ぷ鳁l件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高（低）溫  
彈簧鋼  
彈簧在沖擊、振動或*交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結(jié)合我國資源，并根據(jù)汽車、拖拉機設(shè)計新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量  

性能要求  
彈簧在沖擊、振動或*交應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強度、彈性極限、高的疲勞強度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等 碳素彈簧鋼即含碳量WC在0.6%-0.9%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金彈簧鋼主要是硅錳系鋼種，它們的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外還有硌、鎢、釩的合金彈簧鋼。近年來，結(jié)合我國資源，并根據(jù)汽車、拖拉機設(shè)計新技術(shù)的要求，研制出在硅錳鋼基礎(chǔ)上加入硼、鈮、鉬等元素的新鋼種，延長了彈簧的使用壽命，提高了彈簧質(zhì)量。  

生產(chǎn)工藝  
一般彈簧鋼可用電爐、平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)；質(zhì)量較好或具有特殊性能的優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，用電渣爐或真空爐煉制。彈簧鋼中碳、錳、硅等主要元素的規(guī)定含量范圍較窄，冶煉時必須嚴(yán)格控制化學(xué)成分。硅含量較高時容易形成氣泡等缺陷，鋼錠鍛軋后冷卻不當(dāng)時易產(chǎn)生白點。因此，冶煉用的原材料必須干燥，盡量除去氣體及夾雜物，而且要避免鋼水過熱?！　椈射撛谲堉萍庸ぶ许毺貏e注意脫碳和表面質(zhì)量。鋼材表面嚴(yán)重脫碳時，會顯著降低鋼的疲勞極限。對于高硅彈簧鋼如70Si3MnA，應(yīng)注意避免石墨化。因此，在熱加工時停軋溫度不應(yīng)過低（≥850℃）,避免在石墨化較易形成的溫度范圍（650～800℃）內(nèi)停留時間過長?！　椈芍瞥珊蠼?jīng)噴丸處理能使彈簧表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以抵銷表層上的部分工作應(yīng)力，抑制表層裂縫的形成，這可顯著提高彈簧的疲勞極限。  
熱處理規(guī)范  
 鋼號淬火溫度淬火介質(zhì)硬度要求 回火溫度 冷卻介質(zhì) 硬度要求 應(yīng)用范圍　　65 780-830 水或油 400-600 線徑小于12-15mm的螺旋彈簧、彈簧墊圈　　65Mn 810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧　　50CrV 850-870 油 >58 400-55 水 45-50截面較大和較重要的板簧片及螺旋彈簧　　50CrV 850-870 油 >58 370-420 45-52 300C以下工作的高溫彈簧　　60Si2MnA 860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片  
1. 65 、70 、85：可得到很高強度、硬度、屈強比，但淬透性小，耐熱性不好，承受動載和疲勞載荷的能力低 應(yīng)用非常廣泛，但多用于工作溫度不高的小型彈簧或不太重要的較大彈簧。如汽車、拖拉機、鐵道車輛及一般機械用的彈簧　　65Mn 成分簡單，淬透性和綜合力學(xué)性能、脫碳等工藝性能均比碳鋼好，但對過熱比較敏感，有回火脆性，淬火易出裂紋 價格較低，用量很大。制造各種小截面扁簧、圓簧、發(fā)條等，亦可制氣門彈簧、彈簧環(huán)，減振器和離合器簧片、剎車簧等。2. 55Si2Mn 、60Si2Mn 、60Si2MnA硅含量（Wsi）高（上限達2.00％），　　強度高，彈性好?？够鼗鸱€(wěn)定性好。易脫碳和石墨化。淬透性不高 。　　主要的彈簧鋼類，用途很廣。制造各種彈簧，如汽車、機車、拖拉機的板簧、螺旋彈簧，汽缸安全閥簧及一些在高應(yīng)力下工作的重要彈簧，磨損嚴(yán)重的彈簧?！　?5Si2MnB 因含硼，其淬透性明顯改善 輕型、中型汽車的前后懸掛彈簧、副簧?！　?5Si2MnB 我國自行研制的鋼號，淬透性、綜合力學(xué)性能、疲勞性能均較60Si2Mn鋼好 主要制造中、小型汽車的板簧，使用效果好，亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋彈簧 。3. 60Si2CrA 60Si2CrVA　　高強度彈簧鋼。淬透性高，熱處理工藝性能好。因強度高，卷制彈簧后應(yīng)及時處理消除內(nèi)應(yīng)力 制造載荷大的重要大型彈簧。60Si2CrA可制汽輪機汽封彈簧、調(diào)節(jié)彈簧、冷凝器支承彈簧、高壓水泵碟形彈簧等。60Si2CrVA鋼還制作極重要的彈簧，如常規(guī)武器取彈鉤彈簧、破碎機彈簧。4. 55CrMnA　　60CrMnA 突出優(yōu)點是淬透性好，另外熱加工性能、綜合力學(xué)性能、抗脫碳性能亦好 大截面的各種重要彈簧，如汽車、機車的大型板簧、螺旋彈簧等。5. 60CrMnMoA　　在現(xiàn)有各種彈簧鋼中淬透性zui高。力學(xué)性能、抗回火穩(wěn)定性等亦好 大型土木建筑、重型車輛、機械等使用的超大型彈簧。鋼板厚度可達35mm以上，圓鋼直徑可超過60mm6. 50CrVA　　少量釩提高彈性、強度、屈強比和彈減抗力，細化晶粒，減小脫碳傾向。碳含量較小，塑性、韌性較其他彈簧鋼好。淬透性高，疲勞性能也好 各種重要的螺旋彈簧，特別適宜作工作應(yīng)力振幅高、疲勞性能要求嚴(yán)格的彈簧，如閥門彈簧、噴油嘴彈簧、氣缸脹圈、安全閥簧等7. 60CrMnBA　　淬透性比60CrMnA高，其他各種性能相似 尺寸更大的板簧、螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧等。8. 30W4Cr2VA　　高強度耐熱彈簧鋼。淬透性很好。高溫抗松弛和熱加工性能也很好 工作溫度500~C以下的耐熱彈簧，如汽輪機主蒸汽閥彈簧、汽封彈簧片、鍋爐安全閥彈簧、400t鍋爐碟形閥彈簧等傳統(tǒng)彈簧鋼的強度水平難以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求，*，彈簧鋼力學(xué)性能在材料質(zhì)量保證的前提下取決于熱處理工藝，而熱處理工藝也應(yīng)根據(jù)所用材料來決定，彈簧鋼高強度化的一個重要途徑是充分發(fā)揮合金元素的作用，達到*合金化效果。 1. 熱處理彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火＋中溫回火的狀態(tài)下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術(shù)對彈簧內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。因此，如何進一步提高彈簧疲勞壽命，需進一步研究，尤其是化學(xué)表面改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產(chǎn)生重要影響。為進一步強化氣門彈簧的表面強度、增加壓應(yīng)力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進一步經(jīng)過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經(jīng)噴丸強化。例如，日本將f4mm的si－cr油淬鋼絲經(jīng)450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經(jīng)400℃×15min中溫回火進行對比，其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入，不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘余壓應(yīng)力，同時經(jīng)滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高，150℃時的變形量為0.2%（規(guī)定值為0.5%），250℃的變形量為0.56%，提高了氣門彈簧的熱穩(wěn)定性和抗松弛穩(wěn)定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應(yīng)嚴(yán)格控制，否則會形成網(wǎng)狀硫化物和網(wǎng)狀氮化物，反而會降低其疲勞強度。 　　氣門彈簧提高強度的方法還可以選擇噴丸，經(jīng)生產(chǎn)實踐表面氣門彈簧噴丸可用兩種丸粒，一種直徑為0.8mm，其顯微硬度為720hv0.2，另一種直徑0.25mm，其顯微硬度為800hv0.2，三次噴丸可達到較好的強化效果，又可使表面質(zhì)量得到改善。2. 合金化　　碳是鋼中的主要強化元素，對彈簧鋼的影響往往超過其他合金元素。根據(jù)使用要求，彈簧鋼材料應(yīng)是中高碳的合金鋼。當(dāng)今世界各國普遍采用的彈簧鋼，含碳量絕大部分在0.45%～0.65%?！　榱丝朔椈射搹姸忍岣吆箜g性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢。我國對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究，如28mnsib、35mnsib等，其碳含量在0.30%左右。實踐表明，這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用，有足夠強度和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，尤其是塑性、韌性*。日本研究開發(fā)的幾種高強度彈簧鋼，如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等，碳含量均在0.40%左右。　　合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學(xué)性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能（如耐高溫、耐蝕）等?！　『芏鄰椈射撘怨铻橹饕辖鹪?，它是對彈減抗力影響zui大的合金元素，這主要是由于硅具有強烈的固溶強化作用；同時，硅能抑制滲碳體在回火過程中的晶核形成和長大，改變回火時析出碳化物的數(shù)量、尺寸和形態(tài)，提高鋼的回火穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)鋼材牌號中wsi為1.8%～2.2%，是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中含硅zui高的彈簧鋼。但硅含量如果過高，將促進鋼在軋制和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向，并且使冶煉困難和易形成夾雜物，因此，過高硅含量彈簧鋼的使用仍需慎重?！　∮捎阢t能夠顯著提高鋼的淬透性，阻止si－cr鋼球化退火時的石墨化傾向，減少脫碳層，因此是彈簧鋼中的常用合金元素，以鉻為主要強化元素的彈簧鋼50crv使用較廣泛。