弹簧材料

　　由于弹簧应用技术的发展，对弹簧材料的要求也越来越高。疲劳寿命主要是在高应力下提高，抗松弛性能增强；其次，根据不同用途，要求具有耐腐蚀、耐磨损、无磁性、导电、耐热等性能。因此，除开发新品种外，弹簧材料还从严格控制化学成分、减少非金属杂质、提高表面质量和尺寸精度等方面取得了有益的效果。(1)弹簧钢生产工艺的发展。

　　在工业发达国家，为提高弹簧钢的质量，一般都采用炉外精炼、连铸工艺、新型轧制和在线自动检测与控制设备。采用大容量电炉或转炉熔炼，在炉外钢包精炼时，将含氧量降至(0.0021~0.0010)%，以生产超纯钢，大大提高炉外钢包精炼过程中氧含量(质量分数)降至(0.0021~0.0010)%，生产超纯钢，从而大大提高弹簧的设计和工作应力。在弹簧钢生产中，连铸已被广泛采用。采用电磁搅拌、低温铸造等工艺，可以减少连铸中的偏析，减少二次氧化，改善表面脱碳，使组织性能稳定、均匀。使用分段式连续轧机，可以提高轧机的尺寸精度和表面质量，同时也能使钢沿长度方向均匀地组织。采用在线自动检测与控制，以保证轧制过程中产品表面质量。为适用于变截面弹簧扁钢的生产，开发了奥氏体轧制成形新工艺，即先将钢加热至奥氏体区再急冷至亚稳奥氏体区进行塑性加工并淬火。该方法可以在提高钢强度的同时不降低塑性。另外还对弹簧钢进行了在线热处理和表面强化处理，以改善其性能等。(2)开发合金钢。

　　其主要作用是改善机械性能、改善工艺性能和赋予某些特殊性能。气门簧和悬架弹簧广泛应用于钢中。Si是抗应力松弛的最佳合金元素，在钢中加入V、Mo形成SiCrV和SiCrMo钢，能提高钢的疲劳寿命和抗松弛性能。并用SiCr拉拔钢丝，其在高温下工作的抗松性优于琴丝及重要用途碳素弹簧钢丝。在高速小型、抗颤振能力强、质量轻、弹性模量小的Ti合金中，其强度达到2000MPa，得到了广泛的应用。(3)发展低碳奥氏体钢。

　　我国研制的低碳奥氏体钢38SiMnB是我国自主研发的新型高性能弹簧钢，在此基础上研制的38SiMnVBE具有高韧性、高淬透性、高应用性、高性能比等优点。超细晶粒控轧后的拉伸强度=(2030~2140)MPa，屈服强度=(900~2010)MPa，伸长率=(12~15)%，面缩率=(48~55)%。提供了一种高性能的材料，用于少片变截弹簧。(4)不锈钢开发。

　　我们国家是不锈钢生产大国，随着不锈钢的发展，自然也开发了不少不锈钢品种，目前已达50多种，基本满足了国内生产发展的需要，对目前开发的一些新品种进行简要介绍。奥氏体不锈钢体系的初步形成。为消除碳素引起的不锈钢晶界腐蚀疲劳，研制了低碳奥氏体不锈钢0Cr18Ni9和00Cr17Ni2Mo2。增加Cu、Ti、Nb、Mn、Cr、Si、N等元素，以改善其特性。2)发展含氮不锈钢。不锈钢中的氮代碳已取得了成果。不锈钢中N、C具有许多共同的特性。氮稳定奥氏体的作用大于氮，与C相当。氮和Mn结合可以代替较昂贵的氮化物。同时，N是奥氏体固溶强化最有效的元素之一。在奥氏体钢中，氮与碳的亲和力比碳与碳的亲和力小，很少出现碳的沉淀。所以N可以在不降低腐蚀性能的前提下提高不锈钢的强度。高强度铁素体不锈钢开发。铁素体不锈钢具有较好的耐蚀、抗氧化性能，其抗应力腐蚀能力优于奥氏体不锈钢。与奥氏体不锈钢比较便宜。但是，其焊接性能较差，脆性倾向较大，限制了生产和使用。在钢中碳、氮含量降低，添加Ti、Nb、Zr、Ta等稳定化元素，加入Cu、AI、V等焊缝金属韧化元素，可提高铁素体钢的可焊性和脆性。4)开发超级奥氏体钢。特级奥氏体钢指的是Cr、Mo、N含量明显高于常规不锈钢的奥氏体钢。最著名的当属6%Mo钢(245SMo)。该型钢在海水、充气、存在空隙、低速冲刷等工况下，具有良好的抗点蚀性能(PI40)和抗应力腐蚀性能，是Ni基合金和钛合金的替代材料。超马氏体不锈钢的研制。常规的2Cr13,3Cr13,4Cr13和1Cr17Ni2缺乏足够的塑性，在冷顶锻变形过程中对应力非常敏感，冷加工成形比较困难。另外，钢材焊接性较差，适用范围有限。为了克服以上马氏体钢的缺点，最近找到了一种有效的解决方法，即降低钢中C、Ti含量，提高Ni含量，研制出一系列新的合金钢——超马氏体钢。这种钢的抗拉强度高，延展性好，焊接性能也有提高，所以超马氏体钢又称软马氏体钢或可焊性马氏体钢。(5)开发弹簧钢丝。

　　经过100多年的发展，弹簧钢丝的生产工艺经历了从铅质到油性淬火，再到感应加热淬火。加之工艺技术设备的不断创新与完善，品种质量不断更新。近年来研制出的弹簧线感应加热淬火回火处理工艺，试验证明，由于感应加热时间短，淬火组织细，钢丝表面几乎没有脱碳层，因此其塑性、韧性、抗松弛性、断裂韧性、延迟断裂抗力、疲劳寿命等比油冷回火钢丝有较大提高。另外，研究表明，热处理后的超细晶颗粒形变能得到现场应用，超细晶粒形变热处理是组织超细化和形变热处理相结合的一种复合强化技术。不仅可以提高钢丝的机械性能，而且还可以改善钢丝表面质量。材料的表面质量是影响疲劳性能的重要因素。为确保表面质量，对有特殊要求的材料进行剥皮处理，去除表层0.1mm。深度0.5mm的缺陷采用涡流检测。拔丝时，可采用电解研磨，将表面粗糙度降低至=(6.5~3.4)m。

　　(6)开发不锈钢丝。

　　近几年国外弹簧不锈生产发展迅速。1Cr18Ni9和0Cr17Ni7AI是国内需求增加的品种。高级线材生产工艺流程特点是先对盘条进行剥皮处理，去除因热加工引起的表面缺陷，除第一次固溶处理后进行酸洗外，整个冷加工过程表面保持光亮。由于技术的发展，不绣钢丝生产流程进一步简化，简化了部分原金属制品行业的质量控制，改为对盘条质量的要求。使用粗拉丝机后，用清洁球擦洗水，除去表面涂层和残留润滑膜。配有电解酸洗、碱中和、水冲洗干燥装置，彻底清除钢丝表面的油污，提高表面质量。(7)研制形状记忆合金。

　　当前，50Ti,50Ni,50Ni,50Ni，具有很好应用前景的单向记忆合金。由形状记忆合金制成的弹簧，在温度作用下可以伸缩。它主要应用于恒温、恒载、变形量的控制系统中。因为执行机构靠弹簧伸缩推动，因此弹簧工作应力变化较大。