(1)彈簧鋼生産工藝的發(fā)展 為了(le)提高彈簧鋼的質量,工業發達國家已普通采用爐外(wài)精煉技術、連鑄工藝、新型(xíng)軋制和在線自動檢測及控制設備等。
為(wéi)了保證鋼的化學成分,降低(dī)氣體和各種非金屬加夾物的含量,采(cǎi)用大容量電爐或轉爐熔煉,采用爐外鋼包精煉,使氧含量(質量分數)降(jiàng)至(0.0021~0.0010)%,生産出(chū)超純淨鋼,從而大大提高了彈(dàn)簧的設計和工作(zuò)應力。
連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(cí)攪拌、低溫鑄(zhù)造等技術減小鋼的(de)偏析,減小二次氧化(huà),改善表面脫碳,使組織和性能(néng)穩定、均勻。
采用分列式全連續軋機(jī),可提高尺寸精度,表面質量,同時也(yě)可使鋼材沿長度(dù)顯(xiǎn)微組織均勻。在(zài)軋制過程中為了(le)保證産品的表面(miàn)質量采用在線自(zì)動檢測和控制。為了适合變截面彈簧扁鋼生産而開發了奧氏體軋制成形(xíng)新工藝(yì),即先将鋼加熱到奧氏體區再急冷(lěng)至亞穩奧氏體區進行塑性加工并淬火處理。這種工藝可使鋼在(zài)不降低塑性的同時提高強度(dù)。此外還有通過軋後在線熱處理和表面硬化處理(lǐ)來提高彈(dàn)簧鋼的(de)性(xìng)能等。
(2)合金鋼的發展 合金元素的主要作用是提高(gāo)力學性能,改善工(gōng)藝(yì)性能及賦予某(mǒu)種特殊性(xìng)能。氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應用SiCr鋼。Si是抗應力松弛最好(hǎo)的合金元素,在SiCr鋼中添(tiān)加V、Mo形成SiCrV和SiCrMo鋼,可(kě)以提高(gāo)疲勞壽命和抗松弛性能(néng)。同時(shí)SiCr拉拔鋼絲,其在高溫下工作時的抗松弛性能,比琴鋼絲和重(zhòng)要用途碳素彈簧鋼絲(sī)要好。随着發動機高速(sù)小型化,抗顫振性能好、質量輕、彈性模量小的Ti合金得到了較為廣泛的應用,其強度可達2000 MPa。
(3)低(dī)碳奧氏體鋼的(de)發展 低碳奧氏體鋼38SiMnB是我國自(zì)主研發的一種新型的高性能彈簧鋼,在(zài)此基礎(chǔ)上開發的38SiMnVBE更(gèng)具優越性,具有高強韌性、高淬透(tòu)性、高應用性和高性(xìng)能比。在進(jìn)行超細晶粒控制(zhì)軋制後,其抗拉(lā)強度 =(2030~2140)MPa,屈服強度 =(900~2010)MPa,伸長率 =(12~15)%,面(miàn)縮率 =(48~55)%。為少片變截面闆(pǎn)彈簧提(tí)供了高性能的材料(liào)。
(4)不鏽鋼的(de)發(fā)展 我國是生産不鏽鋼的大國,随(suí)着不鏽鋼的生産發展,自(zì)然也開發了不(bú)少品種,目前已達50多種,,基本滿足了國内生産發展的(de)需要,對當前(qián)開發(fā)的一些新品種作簡要說明。
1)奧氏體不鏽鋼體系的初步(bù)形成。為了(le)消除(chú)碳元素造成的不鏽鋼晶(jīng)界腐蝕疲勞,開發出低碳(tàn)奧(ào)氏體不鏽鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為了提高其特殊性能可加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等元素。
2)含氮不鏽鋼的發展。 在不鏽鋼中以氮代(dài)碳取得了成果。在奧氏體不鏽鋼中N和C有許多共同特性。N穩定奧氏(shì)體的作用(yòng)比Ni大(dà),與C相當。N與Mn結合能取代比較貴的Ni。
在奧氏體中N也是最有效的固溶強化元素之一。N與Cr的親和力要比C與Cr的親和力小,奧氏體鋼很少見到Cr2N的析出。因此N能在不降低耐蝕性能的基礎上,提高不鏽鋼強度。
3)超強(qiáng)鐵素體不(bú)鏽鋼的發展。 鐵(tiě)素體不鏽鋼(gāng)具有良好的(de)腐蝕性能和抗氧化性能,其抗應力腐(fǔ)蝕性能優于(yú)奧氏體不鏽鋼。價格(gé)比奧氏體不(bú)鏽(xiù)鋼便宜。但存在可焊(hàn)性差(chà)、脆性傾向(xiàng)比較(jiào)大的缺點,生産和使用受(shòu)到限制。通過降低鋼中的碳和氮的含量,添加Ti、Nb、Zr、Ta等穩定化元素(sù),添加Cu、AI、V等焊縫金屬韌化元(yuán)素三(sān)種途徑,可(kě)以改(gǎi)善鐵素(sù)體鋼的可焊性和脆性。
4)超級奧氏體鋼的發展。 超(chāo)級奧氏體(tǐ)鋼指Cr、Mo、N含量顯着高于常規不鏽鋼的奧氏體鋼。其中比較(jiào)着名的(de)是含6% Mo的(de)鋼(245S Mo)。這類鋼具有非常好的耐局(jú)部腐蝕性能,在海水、充氣、存在縫隙、低速沖刷條件下,有良好的抗點蝕性能(PI 40)和較(jiào)好的(de)抗應(yīng)力腐蝕性能,是Ni基合金和钛合金的代用材料。
5)超馬氏體不鏽鋼的(de)發展。 傳統的馬氏體不鏽鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足夠的延展性,在(zài)冷頂鍛變形過程(chéng)中對應力十分敏感,冷加工成形比較困難。加之鋼的可焊性比較差,使用範圍受到限制。為(wéi)克服馬氏體鋼(gāng)的上述不足,近來已找到一種有效(xiào)途徑,就是通過降低鋼的(de)C、Ti含(hán)量,增加Ni含量,開發一個新系列合金鋼(gāng)——超馬氏體鋼。這類鋼(gāng)抗拉強度高,延展性好,焊接性能也得到改善,因此超馬(mǎ)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100多年的發展,工藝技術經曆了由鉛淬火到油淬火,現又發展到感應加熱淬(cuì)火。再加上工藝技術裝備不斷創新和(hé)完善,品種質量不斷更新。近來開發的閥門用彈簧鋼(gāng)絲感應加熱淬火(huǒ)和(hé)回火處理工藝,試驗證明,由于感(gǎn)應加熱(rè)時間短,淬火組織細小,鋼絲表面幾乎沒有脫(tuō)碳層(céng),所以其塑性、韌性、抗松弛性、斷(duàn)裂韌性、延(yán)遲斷裂抗力、疲勞壽命等都比(bǐ)油淬火回火(huǒ)鋼絲有較大提高。
另一種研(yán)究取得成效的超細晶粒(lì)形(xíng)變熱處理鋼絲已能實地應用,超細晶粒形變熱處理是組織超細化與形變熱處理(lǐ)相(xiàng)結合的一種複合強韌(rèn)化工藝。它既可提高鋼絲的力(lì)學性能,同時又能改(gǎi)善鋼絲的表面質量。材料表面質量(liàng)對疲勞性能影(yǐng)響很大。為了保證表面質(zhì)量,對有特殊要求的材料(liào)采用剝皮工藝,将表層去(qù)掉0.1mm。對0.5mm深度的缺陷采用渦流探傷。對拔絲(sī)過程表面産生的凹凸不(bú)平,可(kě)用電解研磨,使表面粗糙度降到 =(6.5~3.4) m。
(6)不鏽鋼絲的發展 近年來國(guó)外不鏽彈簧鋼絲生産發展(zhǎn)較(jiào)快。國内需求量增大的品(pǐn)種主(zhǔ)要為1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。
先進的鋼絲生産工藝流程特(tè)點是盤條首(shǒu)先剝(bāo)皮處(chù)理,去除熱加工在表面造成的(de)缺陷,除第(dì)一次固溶處理後要進行酸洗外,整個冷加工過程均保(bǎo)持光(guāng)亮表面。
随着(zhe)工藝的(de)發展,不繡鋼絲生産流程進(jìn)一步簡化,将(jiāng)部分原屬金屬制品行業質量控制簡化,轉換為對(duì)盤條質量的要(yào)求。在粗拉絲(sī)機(jī)後,應用清潔球擦拭和水中清(qīng)洗,去除表面塗層(céng)和殘餘潤滑膜。在光亮熱處理前配備電解酸洗、堿中和、水沖洗和烘幹裝置,徹底去除鋼絲表面油(yóu)污,改善表面質量(liàng)。
(7)形狀記憶合金(jīn)的開發 目(mù)前在彈簧方面有應用(yòng)前途的單向形狀記憶合金,以50Ti和50Ni性能最好。形狀記憶合金制成(chéng)的彈(dàn)簧,受溫度的作用可伸(shēn)縮。主要用于恒溫、恒載荷、恒變形量的控制系(xì)統中。由于是靠彈簧伸縮推動執行(háng)機構,所以彈簧的工(gōng)作應力變(biàn)化較大。
(8)陶瓷的應用 陶瓷的(de)彈(dàn)性模量高(gāo),斷裂強度低,适用于變形不大的地(dì)方。目前正在開發的有耐熱、耐磨、絕(jué)緣性好的陶瓷,應用的有超(chāo)塑性鋅(xīn)合金(jīn)(SPZ),在常溫下具有高的強度。另外,還(hái)有高強度的氮化矽,能耐高溫,可達1000℃。但陶瓷彈簧(huáng)不(bú)适用于在沖擊載(zǎi)荷下工作。
(9)纖維增強塑料在彈(dàn)簧中(zhōng)應用 玻璃(lí)纖維增強塑料(GFRP)闆簧在英、美和日本等國已廣泛應用,除用于橫置懸架外,還可用于特殊輕型車(chē)輛,如賽車的縱置(zhì)懸架(jià)。目前又研制成功(gōng)了碳素纖維增強塑料(GFRP)懸架彈(dàn)簧,比金屬闆簧要輕20%。
關鍵詞:彈(dàn)簧
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