不同金属成分在弹簧材料中的作用

弹簧材料

　　化学元素对弹簧性能的影响

　　1.碳弹簧的含碳量增加了屈服点和抗拉强度，但塑性和冲击性能降低。当碳含量超过0.23%时，弹簧的焊接性能恶化，因此用于焊接的低合金结构钢具有一般的碳含量。不超过0.20%。高碳含量也会降低弹簧的耐大气腐蚀性。露天堆场的高碳钢容易生锈。此外，碳可以增加弹簧的冷脆性和老化敏感性。

　　2.在炼钢过程中添加硅作为还原剂和脱氧剂，因此镇静钢的含氧量为0.150.30%硅。如果弹簧中的硅含量超过0.50-0.60%，则硅被视为合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限屈服点和抗拉强度，因此被广泛用作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅可使强度提高15-20%。硅和钼、钨、铬等结合，提高耐腐蚀性和抗氧化性，生产耐热钢。硅含量为1-4%的低碳钢具有极高的磁导率，在电气工业中用作硅钢片。硅含量的增加将降低弹簧的焊接性能。

　　3.锰是炼钢过程中很好的脱氧剂和脱硫剂。通常，弹簧含有0.30-0.50%的锰。当碳钢中添加0.70%以上时，即使“锰钢”比普通钢更坚韧，它不仅具有足够的韧性，而且具有更高的强度和硬度。它提高了钢的淬透性，改善了钢的热加工性。例如，16Mn钢优于A3钢。屈服点高出40%。含1114%的锰具有极高的耐磨性，用于挖掘机铲斗球磨机等的衬里。锰含量的增加会削弱弹簧的耐腐蚀性，并降低焊接性能。

　　4.磷一般来说，磷是钢中的有害元素。它增加了钢的冷脆性，恶化了焊接性能，降低了塑性，恶化了冷弯性能。因此，一般要求钢中磷含量小于0.045%，对优质钢的要求较低。

　　5.硫在正常情况下也是有害元素。弹簧的热脆性降低了弹簧的延展性和韧性，并在锻造和轧制过程中导致裂纹。硫也有害于焊接性能并降低耐腐蚀性。因此，通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。向钢中添加0.08-0.20%的硫可以提高可加工性，通常称为易切削钢。

　　6.铬在结构钢和工具钢中，铬可以显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬能提高弹簧的抗氧化性和耐腐蚀性，是不锈钢耐热钢的重要合金元素。

　　7.镍可以提高弹簧的强度，同时保持良好的塑性和韧性。镍对酸和碱具有很高的耐腐蚀性，并且在高温下具有防锈性和耐热性。然而，由于镍是一种相对稀缺的资源，应尽可能使用其他合金元素来替代镍铬钢。

　　8.钼可以细化弹簧的晶粒，提高淬透性和热强度。它在高温下保持足够的强度和抗蠕变能力（高温下的长期变形称为蠕变）。在结构钢中添加钼可以改善力学性能。它还可以抑制合金钢因火灾而产生的脆性。它可以改善工具钢的红色。

　　9钛是弹簧中的强脱氧剂。它可以使弹簧内部结构紧凑，细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛可以避免晶间腐蚀。

　　10钒是一种优良的弹簧脱氧剂。在弹簧中加入0.5%的钒可以细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒和碳形成的碳化物可以提高高温高压下的抗氢腐蚀能力。

　　11钨具有高熔点和高比重，是一种珍贵的合金元素。钨和碳形成碳化钨，碳化钨具有高硬度和耐磨性。在工具钢中添加钨可以显著提高刀具和锻模的红色硬度和热强度。

　　12铌可以细化晶粒，降低弹簧的过热敏感性和回火脆性，提高强度，但塑性和韧性降低。在普通低合金钢中添加铌可提高其耐大气腐蚀性和耐高温氢、氮、氨腐蚀性。铌可以改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中添加铌可以防止晶间腐蚀。

　　13钴是一种稀有的贵金属，主要用于特殊弹簧和合金，如热强度钢和磁性材料。

　　14武钢从大冶矿石中冶炼出的铜通常含有铜。铜可以提高强度和韧性，尤其是大气腐蚀性能。缺点是在热加工过程中容易产生热脆性。铜含量超过0.5%，塑性显著降低。当铜含量小于0.50%时，对焊接性没有影响。

　　15铝是钢中常用的脱氧剂。在钢中加入少量铝可以细化晶粒，提高冲击韧性，如深冲用08Al钢。铝还具有抗氧化性和耐腐蚀性。铝与铬、硅的结合能显著提高钢的高温不结皮性能和耐高温腐蚀性能。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切割性能。

　　16硼在钢中加入少量硼，可以改善弹簧的致密性和热轧性能，提高强度。

　　17氮气可以提高弹簧的强度、低温韧性和焊接性，并增加时效敏感性。

　　18稀土元素指元素周期表中原子序数为57-71的15种镧系元素。这些元素都是金属，但它们的氧化物与“地球”非常相似，所以它们通常被称为稀土。向钢中添加稀土可以改变弹簧中夹杂物的成分、形状、分布和性能，从而改善钢的各种性能，如韧性、焊接性和冷加工性。在犁铧钢中添加稀土可以提高耐磨性。