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弹簧材料的要求及特性
发布日期:2013-10-10 (已经被浏览5386次)

弹簧的材料


弹簧的材料必须备具高弹性能、高疲勞限度、高抗拉强度及耐冲击等特性。
弹簧材料依成分不同可分为
一、碳钢与合金钢
二、非铁金属合金
三、橡皮弹簧等

一、碳钢与合金钢

依制造过程可分为两大类:
1.热处理弹簧钢
2.加工弹簧钢

1.热处理弹簧钢

是先将素材制造成形后,再以热处理的方法使其具有弹性。热处理弹簧钢的种类有碳钢与合金钢:碳钢以共析钢和过共析钢为主。合金钢有硅锰钢(Si-Mn钢),锰铬钢(Mn-Cr钢),铬钒钢(Cr-V钢),锰铬硼钢(Mn-Cr-B钢)。表5-2所示为AISI(SAE)弹簧钢种类与其成份。
弹簧钢的化学成分

2.加工弹簧钢

加工弹簧钢的种类有
(1)硬钢线
(2)琴钢线
(3)不锈钢线
(4)冷间压延钢带
(5)不锈钢带等

(1)硬钢线

硬钢线是由硬线材于常温状态伸抽而成,对杂质磷、硫等不纯物要求高,其含量在0.004%以下。硬钢线种类与其成份如表5-3所示。
表5-3 硬钢线材(弹簧)种类与其成分(%)
表5-3 硬钢线材(弹簧)种類与其成分(%)

(2)琴钢线

琴钢线对磷、硫、铜等不纯物含量要求很严格,脱碳等表面缺陷要非常少,其经过韧化处理(patenting)后,具高度的伸展性能。在常温抽成线,(patenting)后具高度的伸展性能在常温抽成线其机械性质良好、抗拉强度及韧性均大,是优良的弹簧材料。一般琴钢线的抗拉强度可达350kgf/mm2。琴钢线种类与其成份如表5-4所示。
琴钢线种类与其成份

(3)油回火线

油回火线是把钢材连续抽成直的冷加工线后,再用油回火者。油回火线分碳钢与合金钢。如表5-5所示为油回火线的种类与使用材质。合金钢系油回火线在设计应力、耐疲劳性、耐热性等都优于碳钢系油回火线。
油回火线的种类与使用材质

(4)不锈钢线及钢带

不锈钢用于耐蚀性及耐热性的地方较多。弹簧用不锈钢线,以硬质不锈钢和冷间压延不锈钢带为主。也可使用17-7PH(Ni-Cr-Mn钢)、钢线、钢带。不锈钢弹簧成形后,在低温退火时,其退火温度约在400℃上下,机械性质最佳。


二、非铁合金钢

此类材料制成的弹簧,大都具有良好的抗腐蚀性。常使用者有如下:
1.磷青铜:主要成分为铜、锡合金,有良好的导电性及抗腐蚀性。通常用冷卷法制成弹簧。
2.铍铜(beryllium copper):除铜外,含铍量约2%。具有最佳的导电性,此种材料必须用低温冷卷法制成弹簧。
3.孟钠(monel)合金:铜与镍的合金,能耐温至200℃,具有抗腐性,常带有少许的磁性,常用于食品工业中使用冷加工法制成弹簧中。
4.K类孟钠合金:在孟钠合金中加入约3%的铝,可用常温或低温冷加工。常温或低温冷加工
5.英高镍(Inconel)合金:此材料具耐温性、抗腐性,在370℃以内不会有松弛现象。适用于在蒸气阀弹簧、涡轮机及喷射引擎内的弹簧。
6.英高镍X合金:英高镍合金加入少许的钛和铝的元素,为析出硬化(precipitation-hardened)材料。耐温程度可高达480℃仍不会有松弛现象。
7.镍碳钢:(Ni-span-C)亦为析出硬化材料。镍碳钢的弹性系数在-10℃~66℃间,永不变形。

三、橡皮弹簧

橡皮弹簧可分为压缩性弹簧、伸张性弹簧、剪力弹簧及扭转弹簧。其优点为具有高单位贮存能量及降低震幅作用,且无噪音。缺点为不耐低温,不耐蚀及不耐疲勞。因弹性系数为不定值,故不能符合虎克定律。此类弹簧最大的用途在防止振动及吸收冲击,作为运动的缓冲。
由于塑料工业不断的进步,目前有很多的树脂材料可以用作弹簧材料,树脂材料做的弹簧具有耐酸碱及其他特性。

 
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