彈簧鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)及用途(一)
關(guān)鍵詞?彈簧鋼絲、標(biāo)準(zhǔn)?、適用范圍
彈簧是機(jī)械行業(yè)和日常生活中最常用的零件。彈簧在彈性范圍內(nèi)使用，卸載后應(yīng)回復(fù)到原來位置，希望塑性變形越小越好，因此鋼絲應(yīng)具有高的彈性極限，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈強(qiáng)比越高，彈性極限就越接近抗拉強(qiáng)度，因而越能提高強(qiáng)度利用率，制成的彈簧彈力越強(qiáng)。
彈簧依靠彈性變形吸收沖擊能量，所以彈簧鋼絲不一定要有很高的塑性，但起碼要有能承受彈簧成型的塑性，以及足夠的能承受沖擊能量的韌性。
彈簧通常在交變應(yīng)力作用下長期工作，因此要有很高的疲勞極限，以及良好的抗蠕變和抗松弛性能。
在特定環(huán)境中使用的彈簧，對鋼絲還會有一些特殊要求，例如：在腐蝕介質(zhì)中使用的彈簧，必須有良好的抗腐蝕性能。精密儀器中使用的彈簧，應(yīng)具有長期穩(wěn)定性和靈敏性，溫度系數(shù)要低，品質(zhì)因素要高，后效作用要小，彈性模量要恒定。在高溫條件下工作的彈簧，要求在高溫時(shí)仍能保持足夠的彈性極限和良好的抗蠕變性能等。
此外，還應(yīng)考慮彈簧鋼絲的成形工藝和熱處理工藝。冷拉彈簧鋼絲和油淬火回火彈簧鋼絲都以供貨狀態(tài)鋼絲直接繞制彈簧，彈簧成形后經(jīng)消除應(yīng)力處理直接使用。冷拉彈簧鋼絲的抗拉強(qiáng)度要略高于油淬火回火鋼絲。大規(guī)格冷拉鋼絲彈力太大，繞制彈簧很困難，所以冷拉彈簧鋼絲使用規(guī)格一般小于8.0mm，油淬火回火鋼絲使用規(guī)格一般小于13.0mm。實(shí)際上直徑13.0mm彈簧多選用輕拉狀態(tài)彈簧鋼絲，冷拉繞制成形后再淬回火使用。直徑15.0mm以上鋼絲大多采用加熱繞制工藝制簧。
彈簧根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)可分為靜態(tài)簧和動態(tài)簧。靜態(tài)彈簧指服役期振動次數(shù)有限的彈簧，如安全閥彈簧，彈簧墊，秤盤彈簧，定載荷彈簧，機(jī)械彈簧，手表游絲等。動態(tài)彈簧指服役期振動次數(shù)達(dá)1 ×106次以上的彈簧，如發(fā)動機(jī)閥門彈簧，車輛懸掛簧，防震彈簧，聯(lián)軸器彈簧，電梯緩沖彈簧等。靜態(tài)彈簧選材時(shí)主要考慮抗拉強(qiáng)度和穩(wěn)定性，動態(tài)彈簧選材時(shí)主要考慮疲勞，松弛及共振性能。
彈簧根據(jù)負(fù)荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態(tài)。輕載荷指承受靜態(tài)應(yīng)力，應(yīng)力較低，變形量較小的彈簧，如安全裝置用彈簧，吸收振動用彈簧等。設(shè)計(jì)使用壽命103～104次。
一般載荷指設(shè)計(jì)壽命105～106次，在振動頻率300次/min條件下使用的普通彈簧。在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，壽命保證1 ×106次，載荷應(yīng)力越低，壽命越長。
重載荷指長時(shí)間工作、振動頻繁的彈簧。如閥門彈簧，空氣錘、壓力機(jī)、液壓控制器彈簧，其載荷較高，常常在低于許用應(yīng)力10%左右使用，使用壽命大于1 ×106次，通常為107次。
彈簧選材的原則是：首先滿足功能要求，其次是強(qiáng)度要求，最后才考慮經(jīng)濟(jì)性。
碳素彈簧鋼是彈簧鋼中用途廣泛，用量最大的鋼類。鋼中含0.60%～0.90%的碳和0.3%～1.20%的錳，不再添加其它合金元素，使用成本相對較低。碳素彈簧鋼絲經(jīng)適當(dāng)?shù)募庸せ驘崽幚?，可以獲得很高的抗拉強(qiáng)度，足夠的韌性和良好的疲勞壽命。但碳素鋼絲的淬透性低，抗松弛性能和耐蝕性能差，彈性模量的溫度系數(shù)較大(高達(dá)300 ×10-6/℃)，適用于制造截面較小，工作溫度較低(120℃>)的彈簧。
合金彈簧鋼一般含0.45%～0.70%的碳和一定量的Si，Mn，Cr，V，W及B等合金元素。合金元素的加入改善彈簧鋼的抗松弛性能，提高鋼的韌性，同時(shí)顯著提高鋼的淬透性和使用溫度，適用于制造較大截面，較高溫度下使用的彈簧。國內(nèi)外彈簧鋼常用牌號對照如表1?！?
表1?國內(nèi)外彈簧鋼常用牌號對照表
2?彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)、適用范圍及工藝特點(diǎn)
我國彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)是參照ISO和JIS標(biāo)準(zhǔn)，分鋼類制定的?，F(xiàn)行國家及行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)包括碳素彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)6個(gè)，合金彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)4個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)如表2。
表2 ?彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)明
2.1?碳素彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)、適用范圍及工藝特點(diǎn)
碳素彈簧鋼絲現(xiàn)行國家和行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)分兩種類型：一類是冷變形強(qiáng)化鋼絲，又稱冷拉彈簧鋼絲。冷拉碳素彈簧鋼絲首先經(jīng)鉛淬火處理獲得索氏體組織，然后表面磷化，以很大減面率拉拔到成品尺寸，鋼絲組織呈纖維狀，有很高的抗拉強(qiáng)度和彈性極限，良好的彎曲和扭轉(zhuǎn)性能。冷拉彈簧鋼絲尺寸精度高，表面光潔，無氧化和脫碳缺陷，疲勞壽命比較穩(wěn)定，是使用最廣泛的彈簧鋼絲。
碳素彈簧鋼絲的另一類型是馬氏體強(qiáng)化鋼絲，又稱油淬火回火鋼絲。碳素鋼絲通過淬回火處理，可獲得良好的綜合力學(xué)性能，當(dāng)鋼絲規(guī)格較小時(shí)（ φ≤2.0mm），油淬火回火鋼絲的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)比索氏體化處理后冷拉鋼絲要低。當(dāng)鋼絲規(guī)格較大時(shí)（φ≥6.0mm）索氏體化的鋼絲不可能采用很大減面率來獲得所要求的強(qiáng)度指標(biāo)，而油淬火回火鋼絲只要完全淬透就可以獲得比冷拉鋼絲更高的性能。在抗拉強(qiáng)度相同條件下，馬氏體強(qiáng)化鋼絲比冷變形強(qiáng)化鋼絲具有更高的彈性極限。冷拉鋼絲金相組織呈纖維狀，各向異性明顯，油淬火回火鋼絲金相組織為均勻的回火馬氏體，幾乎是各向同性的。同時(shí)油淬火回火鋼絲的抗松弛性能優(yōu)于冷拉鋼絲，使用溫度（150～190℃）也高于冷拉鋼絲（≤120℃）。近年來中大規(guī)格油淬火、回火鋼絲大有取代冷拉鋼絲趨勢。下面按標(biāo)準(zhǔn)介紹各類碳素彈簧鋼絲的應(yīng)用范圍及工藝特點(diǎn)。
?。?）YB/T5220-93 ?《非機(jī)械彈簧用碳素彈簧鋼絲》
該標(biāo)準(zhǔn)適用于沙發(fā)墊簧，座墊，靠背拉簧，卡簧，夾簧等非機(jī)械彈簧用碳素彈簧鋼絲。標(biāo)準(zhǔn)按抗拉強(qiáng)度要求不同將鋼絲分成A1，A2，A3 …A9九個(gè)組別，每個(gè)組別鋼絲不分規(guī)格大小按一個(gè)強(qiáng)度范圍供貨，抗拉強(qiáng)度偏差≤200Mpa。A1，A2和A3組用于制造較低應(yīng)力彈簧。A3，A4和A5用于制造一般應(yīng)力彈簧。A7，A8和A9用于制造較高應(yīng)力彈簧。床墊簧一般選用A3和A4組別。
從使用狀態(tài)分析，該標(biāo)準(zhǔn)鋼絲基本屬于靜態(tài)簧，成品鋼絲僅考核抗拉強(qiáng)度、纏繞和單次彎曲三項(xiàng)性能，詳見表3。
表3 ?YB/T5220-93?非機(jī)械彈簧用碳素彈簧鋼絲