(1)彈簧鋼生産工藝的發展 為了提高彈簧鋼的質量,工業發達國家已普通采用爐外精煉技術、連鑄工(gōng)藝、新型軋制和在線自動檢測及控制設備等。
為了保證鋼的化學(xué)成分,降低氣體和各種(zhǒng)非金(jīn)屬加夾物的(de)含(hán)量,采用大容量(liàng)電爐(lú)或轉爐熔煉,采用爐(lú)外鋼包精(jīng)煉,使氧含量(質量分(fèn)數)降至(0.0021~0.0010)%,生産出超純淨鋼,從而大大提高了彈簧的(de)設計和工作應力。
連(lián)鑄生産工藝在彈簧鋼生産中已被廣泛采用。連鑄可通過電磁攪拌、低溫鑄(zhù)造等技術(shù)減小鋼(gāng)的偏析,減小二次氧化,改善(shàn)表面脫碳,使組織和性能穩定、均勻。
采用分列式全連續軋機,可提高尺寸精度,表面質(zhì)量,同時也可使鋼材沿長度顯微組織均勻。在軋制(zhì)過(guò)程中為了保證産品的表面質量采用在線自動檢測和(hé)控制。為(wéi)了适合變截面彈簧扁鋼生産而開(kāi)發了奧氏(shì)體軋制成形新工藝,即先将鋼加熱到奧(ào)氏體區再急冷至亞穩奧氏體(tǐ)區進行塑性加工并淬火處理。這種工藝可使鋼在不降低塑性的同時提高強度。此外還有通過軋後在線熱處理和表面硬化(huà)處理來提高彈簧鋼的(de)性能等。
(2)合金鋼的發展(zhǎn) 合金元素的主要作用是提高力學性(xìng)能,改善工藝性能及賦予某種特殊性(xìng)能。氣門彈簧(huáng)和懸架彈簧已廣泛應用SiCr鋼。Si是抗應力松弛最好的合金元素,在SiCr鋼中添加V、Mo形成SiCrV和SiCrMo鋼,可以(yǐ)提高(gāo)疲勞壽命和抗松(sōng)弛性能。同時SiCr拉拔鋼絲,其在高溫下工作時的抗松弛性能,比(bǐ)琴鋼絲和重要用途碳素(sù)彈(dàn)簧鋼絲(sī)要好。随着發動機高速(sù)小型(xíng)化,抗顫振性能好、質(zhì)量輕、彈性模量(liàng)小的Ti合金得到了較為廣泛的應用,其強度可達2000 MPa。
(3)低(dī)碳奧氏(shì)體鋼的發展(zhǎn) 低碳奧氏體鋼38SiMnB是我國自主研發的一種新型的高性能彈簧鋼,在此基(jī)礎上(shàng)開發(fā)的38SiMnVBE更具優越性,具有高強韌性、高淬(cuì)透性、高應用性和高性能比。在進行(háng)超細晶粒控制軋制後,其抗拉強度 =(2030~2140)MPa,屈服強度 =(900~2010)MPa,伸長率 =(12~15)%,面縮率(lǜ) =(48~55)%。為少片變截面闆彈簧提供了高性(xìng)能的材料。
(4)不鏽鋼的發展 我國是生(shēng)産不鏽鋼的大國,随着不鏽鋼的生産發展,自然也開發了不少品種,目前已達50多種,,基本滿足了國(guó)内生産發展的需要,對當前開發(fā)的一些新品種作簡要說明。
1)奧氏體不鏽(xiù)鋼體(tǐ)系的初步形成。為(wéi)了消除碳元素造(zào)成的不鏽(xiù)鋼晶界腐蝕疲勞,開發出低碳奧氏體不鏽(xiù)鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為(wéi)了提高其特殊性能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和(hé)N等元素。
2)含氮不鏽鋼的發展(zhǎn)。 在不(bú)鏽(xiù)鋼中以氮代碳取得了成果。在奧氏體不鏽鋼中N和C有(yǒu)許多(duō)共同特性。N穩定奧氏體的作用(yòng)比Ni大,與C相當。N與Mn結合能(néng)取代比較貴的Ni。
在奧氏體中N也是最有效的固溶強化元素之一。N與Cr的(de)親和(hé)力要比C與Cr的親(qīn)和力小,奧氏體鋼很少(shǎo)見到Cr2N的(de)析出。因此(cǐ)N能在不降低耐蝕性能的基礎上,提高不鏽(xiù)鋼強度。
3)超強鐵素體不鏽鋼的發展。 鐵素(sù)體不鏽鋼具(jù)有良好的腐蝕(shí)性能和抗氧化性能,其抗應力腐蝕性能優于奧氏體不(bú)鏽鋼。價格(gé)比奧氏體不鏽鋼(gāng)便宜。但(dàn)存在可焊性差、脆性傾向比較大的缺點,生産和使(shǐ)用受到限(xiàn)制。通過降(jiàng)低鋼(gāng)中的碳和氮的含量,添加Ti、Nb、Zr、Ta等穩定化元素,添加Cu、AI、V等焊(hàn)縫金屬韌化元素三種途徑,可以改(gǎi)善鐵素(sù)體鋼的(de)可焊性和脆性。
4)超級奧氏(shì)體鋼的發(fā)展(zhǎn)。 超級奧氏體鋼指Cr、Mo、N含量顯着高于常規(guī)不鏽鋼的奧氏體鋼。其中(zhōng)比較(jiào)着名的是含6% Mo的鋼(245S Mo)。這類(lèi)鋼具有非常好的耐局部腐蝕性(xìng)能,在海水、充(chōng)氣(qì)、存在縫隙(xì)、低速沖(chòng)刷條件下(xià),有良好的抗點蝕性能(PI 40)和較(jiào)好的抗應(yīng)力腐(fǔ)蝕性能,是Ni基(jī)合金和钛合金的代用材料。
5)超馬氏體不鏽鋼的發展。 傳統的馬氏體不鏽鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足夠(gòu)的延展性,在冷頂鍛變形過程中對應力十分敏感,冷加工成(chéng)形比較困難。加之鋼(gāng)的可焊性比較差,使用範(fàn)圍受到限制。為克服馬氏體鋼的上述不(bú)足,近來已找到(dào)一種(zhǒng)有效途徑,就是(shì)通過降低鋼的C、Ti含量,增加Ni含量,開發一個(gè)新系列合金鋼——超馬(mǎ)氏體鋼。這類鋼(gāng)抗拉強度高,延展性好,焊接性(xìng)能也得到改善,因(yīn)此(cǐ)超馬氏體鋼又稱為軟馬氏體鋼或可焊接馬氏體鋼。
(5)彈簧鋼絲的發展 彈簧鋼絲經過(guò)100多年的發展,工藝(yì)技術經曆了由鉛淬火到油(yóu)淬火,現又發展(zhǎn)到感(gǎn)應加熱淬火。再加上工藝技術裝備不斷創新和(hé)完(wán)善,品種(zhǒng)質量不斷更新。近(jìn)來開發的閥門用彈簧鋼絲感(gǎn)應加(jiā)熱淬火和回火處(chù)理工藝,試(shì)驗證明,由于感應加熱時間短,淬火組織細小,鋼絲表面幾乎沒有脫碳層,所以其塑性、韌性、抗松弛(chí)性(xìng)、斷裂韌性、延遲斷裂抗力、疲勞壽命等都比油(yóu)淬火回火鋼(gāng)絲有較大提高。
另一種研究取得成效的超細晶粒形變熱處(chù)理鋼絲已(yǐ)能實地應用,超細晶(jīng)粒形變熱處理是組織超細化與形變熱(rè)處理相結合的一種複合強韌化工藝。它(tā)既可提高(gāo)鋼絲的力學性能,同時(shí)又(yòu)能改善鋼絲的表面質量。材料(liào)表面質量對疲勞性能影響很大。為(wéi)了保證表面質量,對(duì)有(yǒu)特殊要求的(de)材料采用剝皮工藝,将表層去掉0.1mm。對0.5mm深度的缺陷采用渦流探傷。對(duì)拔絲過程表(biǎo)面産生的凹凸(tū)不平,可(kě)用電解研磨,使表面粗糙度降到 =(6.5~3.4) m。
(6)不鏽鋼絲的(de)發展 近年來(lái)國外不鏽彈簧鋼絲生産發展較(jiào)快。國内需求量增大的品種主要為1Cr18Ni9和(hé)0Cr17Ni7AI。
先進的鋼絲生産工藝流程特點是盤條首先剝皮處理,去(qù)除熱加工在表面造成的缺陷,除第一次固溶處理後要進行酸洗外,整個冷加工過程(chéng)均保持光亮表面。
随着工藝的發展,不繡鋼絲生産流程(chéng)進一步簡化,将部分原屬金屬制品行業質量控制(zhì)簡化(huà),轉換為對盤條質量的要(yào)求。在粗拉絲機後,應用清潔球(qiú)擦拭和水中清洗,去除表面塗(tú)層和殘餘潤滑膜。在光亮熱處(chù)理前配備電解酸(suān)洗、堿中和、水沖洗和烘幹裝置,徹(chè)底去除鋼絲表面油(yóu)污,改善表面質量。
(7)形(xíng)狀記憶合金的(de)開發 目前在彈簧方面有應用前途的單向形(xíng)狀記(jì)憶(yì)合金,以50Ti和50Ni性能最(zuì)好。形狀記憶合金制成的彈(dàn)簧(huáng),受溫(wēn)度的作用可伸(shēn)縮。主要用于恒溫、恒(héng)載荷、恒變(biàn)形量的控制系(xì)統中。由于(yú)是靠彈簧伸縮推動(dòng)執行機構,所以(yǐ)彈簧的工作應力變化較大。
(8)陶瓷的(de)應用 陶瓷的彈性模量高,斷裂(liè)強度(dù)低,适(shì)用于變形不大(dà)的地方。目前正在開發的(de)有耐熱、耐磨、絕緣性好的陶瓷,應(yīng)用的有超塑性鋅合金(SPZ),在常(cháng)溫下具有高的強度(dù)。另外,還有高強度的氮化矽,能(néng)耐高溫,可達1000℃。但陶瓷彈簧不适用于在(zài)沖(chòng)擊載荷下(xià)工作(zuò)。
(9)纖維(wéi)增強(qiáng)塑料在彈簧中應用 玻璃(lí)纖維增強塑料(GFRP)闆簧在(zài)英、美和日本等國已廣泛應用,除用于橫置懸架(jià)外,還可用于特殊輕型車輛,如(rú)賽車的縱置懸架。目前又(yòu)研制成功(gōng)了碳素纖維增強塑料(GFRP)懸架彈簧,比金屬(shǔ)闆簧要輕20%。
關鍵詞:彈簧
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