(1)彈簧鋼生産(chǎn)工藝的發展 為了(le)提高彈簧鋼的質量,工業發達國家(jiā)已普通采用爐外精煉(liàn)技術、連鑄工藝、新型軋制和在線自動檢測及控制(zhì)設備等。
為了保(bǎo)證鋼的化學成分,降低氣體和各種(zhǒng)非金屬加夾物的含(hán)量,采用大容量電爐或轉爐熔煉,采用爐(lú)外鋼包精(jīng)煉,使氧含量(質量分數)降至(0.0021~0.0010)%,生産出超純淨鋼,從而大大提高了彈簧的設計和工作應力。
連鑄生産工藝在彈簧鋼生産中已(yǐ)被廣泛采用。連鑄(zhù)可通過電磁攪拌、低溫鑄造等技術減小鋼(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(yún)。
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(zhǎng)度顯微組織均勻。在軋制過程中為了保證産品的(de)表面質量采用(yòng)在線自動檢測和控制。為(wéi)了适合變截面(miàn)彈簧(huáng)扁鋼生産(chǎn)而開發了奧氏體(tǐ)軋制成形新(xīn)工藝,即先将鋼加熱到奧(ào)氏體區再急冷至亞穩奧氏體區進行塑性加工并淬火(huǒ)處理。這種(zhǒng)工藝可使鋼在不降低塑性的同時提高強度。此外(wài)還有通過軋後在線熱處理和表面硬化處理來提高彈簧鋼(gāng)的性能等。
(2)合金鋼的發展(zhǎn) 合金元素(sù)的主要作用是提高力學性能,改善(shàn)工藝性能(néng)及賦予某(mǒu)種特殊性能。氣門彈簧和懸架彈簧(huáng)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,可以提高(gāo)疲勞壽命和抗松弛性能。同時SiCr拉拔(bá)鋼絲,其在高溫下工作時的抗松弛性能,比琴鋼絲和重要用途碳素彈簧鋼絲要好。随着(zhe)發動機高速小型化,抗顫振性能好(hǎo)、質量輕、彈性模量(liàng)小的(de)Ti合金得到了較為廣泛的應用,其強度可達2000 MPa。
(3)低碳奧氏體(tǐ)鋼的發展 低碳奧氏體鋼38SiMnB是(shì)我國自(zì)主研發的一種新型的高性能彈簧鋼,在此基(jī)礎上開發的38SiMnVBE更具優越性,具有高強韌性、高淬透性、高應用性和高性能比。在進行超細晶粒控制軋制後,其抗拉強(qiáng)度 =(2030~2140)MPa,屈服(fú)強度 =(900~2010)MPa,伸長率 =(12~15)%,面(miàn)縮率(lǜ) =(48~55)%。為少片變截面闆彈簧提供了高性(xìng)能的(de)材料。
(4)不鏽鋼的發展(zhǎn) 我國是生(shēng)産不鏽鋼(gāng)的大(dà)國,随着不鏽鋼的生産發展,自(zì)然也開發了不少品(pǐn)種,目(mù)前已達50多種,,基本滿足了國内生産發展的需要,對當(dāng)前開發的一些新品種作簡(jiǎn)要說明(míng)。
1)奧氏體不鏽鋼體系的初步形成。為了消除碳元素造(zào)成的不鏽鋼晶界(jiè)腐蝕疲勞,開發出低碳奧氏體不鏽鋼0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。為了提高其(qí)特殊性能可加(jiā)Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si和N等(děng)元素。
2)含(hán)氮不鏽(xiù)鋼的發展。 在不鏽鋼中以氮代碳取得(dé)了成果。在奧氏(shì)體不鏽鋼中N和C有(yǒu)許多共同特性。N穩定奧氏體的作用(yòng)比Ni大,與C相當。N與Mn結合能取代比(bǐ)較貴的Ni。
在奧氏體中N也(yě)是最有效的固溶強化元素之一。N與Cr的(de)親和力要比C與(yǔ)Cr的親和力小,奧氏體鋼很少見到Cr2N的析出。因此(cǐ)N能在不(bú)降低耐蝕性(xìng)能的(de)基礎上,提高不鏽鋼強度。
3)超強鐵素體不鏽鋼的發展。 鐵素體不鏽鋼具有(yǒu)良好的腐蝕性能和抗氧化性能,其抗應力腐蝕(shí)性(xìng)能優于奧氏體不(bú)鏽鋼。價格比奧(ào)氏體不鏽鋼便宜。但(dàn)存在可焊性差、脆性傾向比較大的缺點,生産和使用(yòng)受到限制。通過降低鋼中的碳和氮的含量,添加Ti、Nb、Zr、Ta等(děng)穩定化元素,添加Cu、AI、V等焊縫金屬韌化元(yuán)素三種途徑,可以改善鐵素體鋼的(de)可焊性和(hé)脆性。
4)超級奧氏體鋼的發展。 超級奧氏體鋼指Cr、Mo、N含量顯着(zhe)高于常規(guī)不鏽鋼的奧氏體鋼。其中比較着名的是含6% Mo的鋼(gāng)(245S Mo)。這類鋼具有(yǒu)非常好的耐局(jú)部腐蝕(shí)性能,在(zài)海水、充(chōng)氣(qì)、存在縫隙、低速沖刷條件下,有(yǒu)良好(hǎo)的抗點蝕性能(néng)(PI 40)和較好的抗應力腐蝕性能,是(shì)Ni基合金(jīn)和钛合金的代用材料(liào)。
5)超馬氏體不鏽鋼的發(fā)展。 傳(chuán)統的馬氏體不鏽鋼2Cr13、3Cr13、4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足夠的延展性,在冷頂鍛變形過程(chéng)中對應力(lì)十分敏感,冷加工成(chéng)形比較困難。加之鋼的可焊性比較差,使(shǐ)用範圍受到限制。為克服馬氏體(tǐ)鋼的上述不(bú)足,近來已找到(dào)一種有效途徑,就是(shì)通過降低鋼的C、Ti含量,增加Ni含量,開發(fā)一個新系列合金鋼——超馬氏體鋼。這類鋼(gāng)抗拉強度高(gāo),延展性好,焊接性(xìng)能也得到改善(shàn),因此(cǐ)超馬氏體鋼又(yòu)稱為軟馬氏體(tǐ)鋼(gāng)或(huò)可焊接馬氏體(tǐ)鋼。
(5)彈簧鋼絲的發展 彈簧(huáng)鋼絲經過100多年的發(fā)展,工藝技術(shù)經曆了(le)由鉛淬火到油淬火,現又發展到感應加(jiā)熱淬火。再加上工藝技術裝備不斷創(chuàng)新和完善,品種質量不斷更新。近來開發的閥門用彈簧鋼絲感(gǎn)應加熱淬(cuì)火(huǒ)和回火(huǒ)處(chù)理工藝,試驗(yàn)證明,由于感應加熱時間短,淬火(huǒ)組(zǔ)織細小,鋼(gāng)絲表面幾乎(hū)沒有脫(tuō)碳層,所以其塑性、韌性、抗松弛性、斷裂韌性、延遲斷裂抗力、疲勞(láo)壽命等都比油淬火回火鋼絲有較(jiào)大提高。
另一種研究取(qǔ)得成效的超細晶粒形變熱處理鋼絲已能(néng)實地應用,超細晶粒形(xíng)變熱處理是組織(zhī)超細化與形變熱(rè)處理相結合的一種複合強韌化工(gōng)藝。它既可提高鋼絲的力(lì)學性能,同時(shí)又能改善鋼絲的表面質量。材料表面質量對疲勞性能影響很大。為了保證表面質量,對有(yǒu)特殊要(yào)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。對拔絲過程表面産生的凹凸不平,可用電解研磨,使表面粗(cū)糙度降到 =(6.5~3.4) m。
(6)不鏽鋼(gāng)絲的發展 近年來國外不鏽彈簧鋼(gāng)絲生産發展較(jiào)快。國内需求量(liàng)增大(dà)的品種主要為(wéi)1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI。
先進的鋼絲生産工藝流程特點是盤條首先剝皮處理,去除(chú)熱加工在表(biǎo)面造成的缺陷(xiàn),除第一次(cì)固溶處(chù)理後要進行(háng)酸洗外,整個冷加工過程均保持光亮表(biǎo)面。
随着工藝的發展(zhǎn),不繡鋼絲生産流程進一步簡化,将部分原屬金屬制品行業質量控(kòng)制簡化,轉(zhuǎn)換為對(duì)盤條質量的要(yào)求(qiú)。在粗拉絲機後,應(yīng)用清潔球擦拭和水中清洗,去除表面塗層和殘餘潤滑膜。在光亮熱處(chù)理前配備(bèi)電解酸洗、堿中和、水沖洗(xǐ)和烘幹裝(zhuāng)置,徹底(dǐ)去除鋼絲表面油污,改善表面質量。
(7)形(xíng)狀記憶合金的開發(fā) 目前在彈簧(huáng)方面有應用前途的單向形(xíng)狀記憶合金,以50Ti和50Ni性能最好。形狀記憶(yì)合(hé)金制成的彈簧,受溫度的作用可伸縮。主要用于恒溫、恒載荷(hé)、恒變(biàn)形量的控制系(xì)統中。由于是靠彈簧伸縮推動執行(háng)機構(gòu),所以(yǐ)彈簧的工作應(yīng)力變化較大。
(8)陶瓷的應用(yòng) 陶瓷(cí)的彈性模量高(gāo),斷裂強度低,适用于變形不大的地(dì)方。目前正(zhèng)在開發(fā)的(de)有耐(nài)熱、耐(nài)磨、絕緣性(xìng)好的陶瓷,應用的有超(chāo)塑性鋅合金(SPZ),在常(cháng)溫下具有高的強度。另外,還有高強(qiáng)度的(de)氮化矽,能耐高溫,可達1000℃。但陶瓷彈簧不适(shì)用于在沖擊載荷下工作(zuò)。
(9)纖維增強塑料在彈簧中應用 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(qīng)型車輛,如(rú)賽(sài)車(chē)的縱置懸架。目前又研制成功了碳(tàn)素纖維增(zēng)強塑料(GFRP)懸架彈簧(huáng),比金屬闆簧(huáng)要輕20%。
關鍵(jiàn)詞:彈簧
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