彈簧鋼高強度化的現狀及發展趨勢（二）
發布時間：2010年07月12日 點擊數：
三、彈簧鋼高強度化的研究進展
傳統彈簧鋼的強度水平難以滿足現代工業發展的要求，眾所周知，彈簧鋼力學性能在材料質量保證的前提下取決于熱處理工藝，而熱處理工藝也應根據所用材料來決定，彈簧鋼高強度化的一個重要途徑是充分發揮合金元素的作用，達到最佳合金化效果。
1、熱處理
彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限，一般在淬火＋中溫回火的狀態下使用，以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術對彈簧內在質量有著至關重要的影響。因此，如何進一步提高彈簧疲勞壽命，需進一步研究，尤其是化學表面改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產生重要影響。為進一步強化氣門彈簧的表面強度、增加壓應力、提高疲勞壽命，氣門彈簧成形后，要進一步經過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理，然后經噴丸強化。例如，日本將f4mm的Si－Cr油淬鋼絲經450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經400℃×15min中溫回火進行對比，其疲勞極限可提高240MPa。氮的滲入，不僅消除了脫碳的不良影響，而且還提高了殘余壓應力，同時經滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高，150℃時的變形量為0.2%(規定值為0.5%)，250℃的變形量為0.56%，提高了氣門彈簧的熱穩定性和抗松弛穩定性，但滲氮和液體碳氮共滲時間應嚴格控制，否則會形成網狀硫化物和網狀氮化物，反而會降低其疲勞強度。
氣門彈簧提高強度的方法還可以選擇噴丸，經生產實踐表面氣門彈簧噴丸可用兩種丸粒，一種直徑為0.8mm，其顯微硬度為720HV0.2，另一種直徑0.25mm，其顯微硬度為800HV0.2，三次噴丸可達到較好的強化效果，又可使表面質量得到改善。
2、合金化
碳是鋼中的主要強化元素，對彈簧鋼的影響往往超過其他合金元素。根據使用要求，彈簧鋼材料應是中高碳的合金鋼。當今世界各國普遍采用的彈簧鋼，含碳量絕大部分在0.45%～0.65%。
為了克服彈簧鋼強度提高后韌性和塑性降低的難題，也有降低碳含量的趨勢。我國對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究，如28MnSiB、35MnSiB等，其碳含量在0.30%左右。實踐表明，這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用，有足夠強度和優良的綜合力學性能，尤其是塑性、韌性極好。日本研究開發的幾種高強度彈簧鋼，如UHS1900、VHS2000、ND120S、ND250S等，碳含量均在0.40%左右。
合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能(如耐高溫、耐蝕)等。
很多彈簧鋼以硅為主要合金元素，它是對彈減抗力影響最大的合金元素，這主要是由于硅具有強烈的固溶強化作用；同時，硅能抑制滲碳體在回火過程中的晶核形成和長大，改變回火時析出碳化物的數量、尺寸和形態，提高鋼的回火穩定性。目前，國內鋼材牌號中wsi為1.8%～2.2%，是現有標準中含硅最高的彈簧鋼。但硅含量如果過高，將促進鋼在軋制和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向，并且使冶煉困難和易形成夾雜物，因此，過高硅含量彈簧鋼的使用仍需慎重。
由于鉻能夠顯著提高鋼的淬透性，阻止Si－Cr鋼球化退火時的石墨化傾向，減少脫碳層，因此是彈簧鋼中的常用合金元素，以鉻為主要強化元素的彈簧鋼50CrV使用較廣泛。
錳是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入鐵素體中有固溶性化作用。研究表明，wMn必須大于0.5%，以使淬火時彈簧鋼心部完全較變為馬氏體，但當wMn超過1.5%時，韌性明顯下降，這在選擇彈簧鋼時應優先考慮的。
鉬可以提高鋼的淬透性，防止回火脆性，改善疲勞性能，現有標準中加鉬的彈簧鋼不多，加入量一般在0.4%以下。
釩是強碳化物形成元素，固態下所析出的細小彌散的MC型碳化物具有很強的沉淀強化效果。在35CrMnB鋼中加入0.11%V，可顯著提高鋼的淬透性，還發現釩能有效降低35SiMnB鋼的脫碳敏感性，認為這與釩降低鋼中有效固溶碳、防止晶粒長大和阻止晶界擴散并提高抗氧化性有關。
冶金工業和汽車、摩托車工業的緊密結合和合作，不僅會進一步促進彈簧鋼的高強度化，促使彈簧性能的全面提升，同時也為汽車、摩托車工業的發展、競爭能力的提高提供了材料基礎，因此，值得大力關注。
——本文摘自《中國金屬制品網》
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