我国弹簧钢丝生产现状及发展策略
赵发忠
(中国钢铁工贸集团公司 北京 100031)
关键词 弹簧钢丝;生产工艺;产品质量;现状;发展中图分类号 TG 356.4+5
随着我国汽车工业的快速发展,对弹簧钢等金
属材料的要求越来越高,目前高质量的弹簧钢部分从国外进口。弹簧钢是制造弹簧的材料,从冶炼化学成分上分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢;从轧制加工的几何形状和热处理状况分热轧圆钢、热轧扁钢、冷拔材和弹簧钢丝,其中要求较高的有高级阀门弹簧、赛车等特种汽车的悬挂弹簧。气门簧是汽车发动机上的一个非常重要的零部件,如果发动机气门簧在运行过程中发生疲劳断裂,将造成打缸、损坏发动机,因此,对气门簧可靠性和疲劳寿命要求极高,如轿车高应力气门簧失效率不能超过百万分之三,疲劳寿命必须大于2.5×107次。油淬火—回火弹簧钢丝主要用于卷制气门簧和离合器簧,也广泛用于各种机械用拉簧、扭簧和减震簧。本文着重介绍弹簧钢丝的工艺技术、产品质量现状和发展趋势。1 高质量弹簧钢丝的生产1.1 高质量弹簧钢丝的原料1.1.1 纯洁弹簧钢的冶炼技术
近年来,在炼钢方面广泛应用二次冶金、真空脱气、连续铸造等技术生产弹簧钢,使钢中氧的质量分数小于15×10-6,减少影响疲劳性能的非金属夹杂物含量,改变夹杂物形态和粒度,提高弹簧的疲劳极限。
弹簧钢主要用电炉冶炼。利用二次冶金技术,低成本生产大批量低夹杂物含量的优质弹簧钢。采用LF -VD ,RH ,LF -RH ,ASE A -SK F 和VAD 脱气法生产纯洁弹簧钢,严格限制钢中氧含量,降低钢中夹杂物的尺寸和数量[1]。
初炼炉使用氧化法冶炼,EPT 无渣出钢,炉后造渣,初炼炉外合金化,出钢随钢流加入Al 块沉淀脱氧。LF/VD 精炼,采用“LF 喂Al 线预脱氧,VD 真空前喂Al 线终脱氧,并进行真空处理”的脱氧制度。在LF 炉将各合金成分调整至目标值;VD 真空后,在
一定温度条件下搅拌、吹氩,为连铸做好准备[2]。
为提高弹簧钢的质量,降低钢中非金属夹杂物的含量,主要采用电炉加电渣重熔或真空重熔法生产。由于该工艺生产成本高,限制了推广使用,只能用于高级阀门弹簧、赛车等特种汽车的悬挂弹簧。1.1.2 纯洁弹簧钢的连铸工艺
采用精炼技术可以生产出非金属夹杂物含量少的高纯洁钢水,采用现代化连铸技术生产汽车所需高纯洁弹簧钢钢坯。在弹簧钢连铸中,首先要预防钢水的二次氧化和钢水被渣及耐火材料污染。钢水二次氧化主要发生在钢包到中间包,或中间包到结晶器的铸流中,一般采用惰性气体保护或采用耐火材料密封管将铸流和空气隔开。结晶器和结晶末段装有电磁搅拌装置[3]。1.1.3 优质弹簧钢线材
为了满足市场要求,盘条轧制应实现小规格、大盘重、控制冷却。采用先进技术改造或新建现代化特殊钢材轧制生产线。高速、无扭、无张力轧制、斯太尔摩控冷生产线组合是现代化棒线材生产模式。它是获得高尺寸精度、高表面质量和优质性能轧材的必要条件。轧钢系采用如下结构。
(1)钢坯检查和修整。采用喷丸法去除表面鳞皮,采用磁粉和超声波探伤仪进行表面和内部检查,采用轴向和表面流磁力探伤法全面检查表面缺陷,如结疤、发纹和裂纹,并在专用磨床上修整钢坯。
(2)加热。加热炉为三段步进梁式加热炉,加热炉到粗轧机组之间安有高压水去鳞装置,可改善表面状态,并使热量损失最低。在加热炉上的气氛和压力控制系统可保证钢坯脱碳及氧化烧损较轻。
(3)轧制。用水平-垂直多机架连续粗轧机组,采用菱-方孔型将大方坯轧成80mm ×80mm 左右的小方坯。第1中间机组由六架水平-垂直串列布置的机架组成;第2中间机组有4对单独设置的水平-垂直机架,采用椭圆/圆孔型无扭轧制钢材;精
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2004年4月
V ol 130 N o 12S teel Wire Products April 2004
轧机组采用新型摩根、高速、无扭、V型精轧机组,生产 7mm线材速度为100m/s,精轧 5.5mm线材速度为110m/s。
(4)多用途斯太尔摩生产线。将从无扭、V型精轧机出来的线材在水池中冷却到要求的温度,放在斯太尔摩系统的辊式运输机上。
通过精确调整轧辊,整盘尺寸公差可达到±0.10mm,小于生产钢丝用盘条的尺寸公差(J IS G 3502为±0.4mm,J IS G3506为±0.5mm)。使用斯太尔摩线的缓冷技术处理的线材,可省掉弹簧钢丝拉拔前的热处理。
1.2 优质弹簧钢丝生产技术
冷拔弹簧钢丝具有光洁度高、尺寸公差小、力学性能高的优点,因此在汽车弹簧上广泛使用。冷拔弹簧钢棒材、钢丝的生产工艺如下。
(1)表面处理。对于线材表面存在的铁锈,采用酸洗法和喷丸法去除铁锈。酸洗法一般使用盐酸,也有使用盐酸和硫酸混合液,为了防止氢脆和过度点状腐蚀,常加入抑制剂。喷丸法是将钢球或线制钢球高速喷射到钢丝上除去表面铁锈的方法。
(2)冷拔。国外采用单机生产冷拔钢丝的方式已基本被淘汰,现在多使用连续拉丝机组,其拉丝机型式多是滑轮式、活套式、积线式和双卷筒式。连续拉丝机组将预矫、拉丝、矫直、定尺剪切、抛光等工序集于一体,形成连续生产线,解决了无夹痕拉拔的问题。不仅提高了生产率,而且提高了产品质量,效益十分显著。冷连拔机组要求以盘条作坯料,在不能生产盘条,只生产棒材直条的钢厂,也可使用棒—棒连续生产线生产冷拉产品。
在国外,主要钢厂直接向弹簧厂提供油淬火—回火状态的悬挂弹簧钢丝,弹簧厂可直接生产弹簧,不须再进行弹簧的淬火—回火处理,有利于提高社会效益,十分合理。
油淬火钢丝一般是将冷拔钢丝通过辐射炉加热,再油淬火,然后用铅浴加热回火。日本采用感应加热技术成功开发出一种新型高强度Si2Cr钢油淬火钢丝,这种钢丝的优点是显微组织细化,表面质量好、无脱碳,冷加工性能良好。用这种钢丝加工出的螺旋弹簧的疲劳性能优良,耐弹减性高,可减轻重量10%～20%[3]。
油淬火悬挂弹簧钢丝的另一个变化是推出锥形油淬火棒材,用这种锥形棒材加工的螺旋弹簧的弹簧常数、弹减性能、疲劳寿命都不逊色于常规切削法制成的锥形弹簧,生产率也高于切削法。2 弹簧钢丝的品种与性能
2.1 弹簧钢丝品种
美国弹簧钢丝标准(AST M标准)包括碳素与合金两大类,有冷拉与油淬火两部分,主要有10个标准。合金弹簧钢丝可为退火和冷拔状态,或为油淬火状态,其中以油淬火部分为主,规定明确、严格,而对冷拉部分要求较松,表明了在合金弹簧钢丝方面以油淬火状态供货为主的趋势。
日本J IS标准中钢丝分为冷加工钢丝及热处理钢丝。冷加工钢丝分为琴钢丝、硬钢丝和不锈钢丝,其中琴钢丝及硬钢丝经过铅浴淬火处理得到细珠光体组织,冷加工成形达到弹簧所需的强度和韧性。热处理钢丝分为弹簧用碳素油淬火钢丝、阀簧用碳素油淬火钢丝、阀簧用Cr2V油淬火钢丝、阀簧用Si2 Cr油淬火钢丝、弹簧用Si2Mn油淬火钢丝、弹簧用Si2Cr油淬火钢丝。油淬火弹簧钢丝是在钢丝生产的最后阶段作连续淬火回火处理,获得规定的力学性能[3]。
我国弹簧钢丝分类为冷加工钢丝、热处理钢丝,以Cr2V系、Si2Mn系为主。
2.2 弹簧钢丝性能
弹簧在周期性的弯曲、扭转等交变应力下工作,经受拉、压、扭、冲击、疲劳、腐蚀等多种作用,有时还要承受极高的短时突加载荷。由于工作条件恶劣,对弹簧钢丝的性能、质量要求也就十分严格,不仅要有高的淬透性,以保证整个弹簧截面获得均匀的显微组织、良好的力学性能,而且要求优良的表面质量(据有关资料介绍,表面夹杂物引起弹簧破损的比率为40%,表面缺陷和脱碳引起破损的比率为30%),组织均匀细密等。为了提高汽车的乘座舒适性和轻量化,国外轿车悬挂弹簧已由叠板弹簧变为螺旋弹簧。螺旋弹簧使用的材料多为经修磨或扒皮后冷拔的弹簧钢丝,和热轧材相比,具有尺寸精度高、表面质量好、无脱碳的优点。去掉了用轧材直接制造螺旋弹簧,对钢材的尺寸精度、表面裂纹、脱碳等提出了更高要求。
目前汽车悬挂螺旋弹簧有由热成形改为冷成形的趋势。冷成形弹簧所用的油淬火钢丝采用高频感应加热淬火及回火工艺。与原来的工艺处理的弹簧钢丝相比,采用高频感应加热淬火及回火工艺处理的弹簧钢丝,在强度相同时,塑、韧性更高,抗弹减性能得到了改善。为了改善汽车的乘座舒适性,要求使用非线性弹簧,因此,要开发油淬火锥形棒材。
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?金 属 制 品第30卷
3 差距及对策3.1弹簧钢丝品种开发
我国钢铁企业由于技术设备相对落后,难以生产高质量的气门簧用钢丝。中国弹簧厂等企业直接从国外引进了最先进的气门簧生产线和制造工艺技术,所需气门簧用油淬火—回火弹簧钢丝仍依赖进口。就气门簧用钢丝的情况来看,由于其技术含量很高,也仅有少数国家的几家企业可以提供高质量的产品。目前国内外的弹簧厂在生产气门簧时,普遍采用瑞典嘉菲腾公司生产的油淬火—回火弹簧钢丝,其产品质量稳定性好,性能优异,其次是日本铃木公司生产的气门簧用钢丝。
目前国内弹簧钢种、品种满足不了要求,有待进一步完善系列化工作。在积极开发高性能弹簧钢的同时,充分发挥现有弹簧钢及新型弹簧钢潜力,如改进生产工艺,采用新技术,对成分进行调整等,进一步提高其性能,扩大应用范围,如轿车悬挂螺旋弹簧设计逐渐由热成型改为冷成型。为了改善弹减抗力,应开发以Si 2Mn 为基础,添加钒、铌元素,用晶粒细化和以碳、氮化物沉淀硬化的新钢种,甚至更高的新型高性能弹簧钢,并且使之实用化。
在新钢种开发中,除了应重视耐疲劳性能,抗弹减性能和淬透性外,还应重视耐蚀性能[4]。弹簧表面会出现腐蚀坑及裂纹,在应力作用下会导致腐蚀疲劳破坏。应重视悬挂弹簧的表面腐蚀问题,特别是提高弹簧钢的耐腐蚀疲劳性能。3.2 完善弹簧钢丝生产工艺技术
目前弹簧钢丝生产的原材料烧损、脱碳严重,表面质量差,难以满足高性能的弹簧钢丝的生产要求,
因此原料生产应采用气氛和压力可调的步进式加热炉,严格控制加热温度和加热时间,以减小脱碳,并使用高效的无扭精轧机。为确保重要用途弹簧的表面质量,应采用无表面缺陷的线材生产弹簧钢丝。对线材或半成品采用了车削、磨削等去皮技术,以消除表面缺陷和脱碳层,获得无任何缺陷的高光洁度表面,采用在线涡流连续探伤及金相法检验表面缺陷和脱碳,采用连续冷拔机组或棒—棒连续生产线等先进的工艺装备生产钢丝。4 结语
开发生产弹簧钢丝要从原料抓起,首先要不断改进生产工艺,挖掘原有钢种的潜力;其次是开发新钢种、新工艺,以适应对高性能弹簧钢丝不断增长的质量需求。提高钢的纯洁度,控制钢的化学成分,以保证均匀的淬透性;提高表面质量和尺寸精度以保证弹簧的性能和使用寿命;开发应用钢丝油淬火—回火技术,以适应弹簧生产工艺发展的要求。
参考文献
1 董翰.汽车用钢的现状与发展趋势[J ].特殊钢,1995(6):92 李德胜,叶婷,黄小萍等.高性能弹簧扁钢38S iMnVB 的试
制及应用[J ].特殊钢,2003(2):50～51
3 朱应波.国外特殊钢生产技术.北京[M]:冶金工业出版
社,1996.218,226～235,240
4 赵发忠.中国特殊钢的现状及发展[J ].特殊钢,1995(6):5
(收稿日期:2004-03-19)
作者简介
赵发忠 1963年12月生,高级工程师,中国钢铁工贸集团公
司科技处处长。
新一代钢铁材料基础研究获重大成果
由钢铁研究总院承担的国家973项目“新一代钢铁材料重大基础研究”已通过科技部验收。项目所属15个课题全部完成预定研究计划,其中5个课题进入了批量生产和工业应用。项目申报专利37项,已获批准
发明专利17项。
按课题要求,目前需求量最大的建筑业和制造业钢材在性能价格比保持不变的前提下,强度翻番。“1500MPa 级长寿命合金结构钢研究”课题取得的研究成果“高强度钢的长寿命化(耐延迟断裂)理论”、“新一代长寿命合金结构钢原型材料制备理论”、“超细晶粒合金结构钢力学行为理论”等均为重要理论创新。应用课题研究的1300～1500MPa 级ADF 系列耐延迟断裂高强度钢,可用来制造13.9级和14.9级高强度螺栓,获得了3项钢种发明专利,2项工艺技术发明专利。
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3? 第2期赵发忠:我国弹簧钢丝生产现状及发展策略
弹簧钢丝的标准及用途 核心提示：弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件。弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越 弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件。弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。 弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。 弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。 在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。 此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于8.0mm，油淬火回火钢丝使用规格一般小于13.0mm。实际上直径13.0mm弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径15.0mm以上钢丝大多采用加热绕制工艺制簧。
弹簧钢丝的标准及用途牌号 摘要我国弹簧纲丝标准是参照ISO和JIS制订的，本文以ISO和JIS为依据，分析了弹簧纲丝现行国家标准和行业标准的适用范围，各组别之间隐含的的差别，对弹簧钢丝的生产和使用都有参考价值。 关键词弹簧钢丝、标准、适用范围 弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件，弹簧主要作用是利用自身形变时所储存的能量来缓和机械或零部件的震动和冲击、控制机械或零部件的运动。 1、弹簧钢丝的使用特性和用途 弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。 弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。 弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。 在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。 此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于8.0mm，油淬火回火钢丝使用规格一般小于13.0mm。实际上直径13.0mm弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径15.0mm以上钢丝大多采用加热绕制工艺制簧。 弹簧根据运行状态可分为静态簧和动态簧。静态弹簧指服役期振动次数有限的弹簧，如安全阀弹簧，弹簧垫，秤盘弹簧，定载荷弹簧，机械弹簧，手表游丝等。动态弹簧指服役期振动次数达1×106次以上的弹簧，如发动机阀门弹簧，车辆悬挂簧，防震弹簧，联轴器弹簧，电梯缓冲弹簧等。静态弹簧选材时主要考虑抗拉强度和稳定性，动态弹簧选材时主要考虑疲劳，松弛及共振性能。 弹簧根据负荷状况可分为轻载荷、一般载荷和重载荷三种状态。轻载荷指承受静态应力，应力较低，变形量较小的弹簧，如安全装置用弹簧，吸收振动用弹簧等。设计使用寿命103～104次。 一般载荷指设计寿命105～106次，在振动频率300次/min条件下使用的普通弹簧。在许用应力范围内，寿命保证1×106次，载荷应力越低，寿命越长。 重载荷指长时间工作、振动频繁的弹簧。如阀门弹簧，空气锤、压力机、液压控制器弹簧，其载荷较高，常常在低于许用应力10%左右使用，使用寿命大于1×106次，通常为107次。 弹簧选材的原则是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。 碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量最大的钢类。钢中含0.60%～0.90%的碳和0.3%～1.20%的锰，不再添加其它合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热
20.1.1 弹簧功能 弹簧是通过其自身产生较大弹性变形进行工作的一种弹性元件。在各类机器中的应用十分广泛。其主要功用是： 1）控制机械的运动，例如内燃机中控制气缸阀门启闭的弹簧、离合器中的控制弹簧（见图a）； 2）吸收振动和冲击能量，例如各种车辆中的减振弹簧（见图b）及各种缓冲器的弹簧等； 3）存储和释放能量，例如钟表弹簧（见图c）、枪栓弹簧等； 4）测量力的大小，例如弹簧秤（见图d）和测力器中的弹簧等等。
20.2.1 弹簧材料 为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。
图20-2 碳素钢丝直径与强度的关系 表 20-2 主要 弹簧 材料 及其 许用 应力表20-2 主要弹簧材料及其许用应力 注：1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：Ⅰ类N>106；Ⅱ类N=103～105以 及受冲击载荷的场合；Ⅲ类N<103。 2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组，Ⅰ组强度最高，依 次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。 3.弹簧的工作极限应力τlim：Ⅰ类≤1.67[τ]；Ⅱ类≤1.25[τ]；Ⅲ类≤1.12[τ]。 4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。 5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5～4mm直径有效，>4mm取下限。
20.2.2 弹簧材料选择 弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。 20.2.3 弹簧制造 螺旋弹簧的制造工艺过程如下： ①绕制； ②钩环制造； ③端部的制作与精加工； ④热处理； ⑤工艺试验等，对于重要的弹簧还要进行强压处理。 弹簧的绕制方法分冷卷法与热卷法两种。 （1）冷卷法：簧丝直径d≤8mm的采用冷卷法绕制。冷态下卷绕的弹簧常用冷拉并经预先热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷绕后一般不再进行淬火处理，只须低温回火以消除卷绕时的内应力。 （2）热卷法：簧丝直径较大（d>8mm）的弹簧则用热卷法绕制。在热态下卷制的弹簧，卷成后必须进行淬火、中温回火等处理。 对于重要的弹簧，还要进行工艺检验和冲击疲劳等试验。为提高弹簧的承载能力，可将弹簧在超过工作极限载荷下进行强压处理，以便在簧丝内产生塑性变形和有益的残余应力，由于残余应力的符号与工作应力相反，因而弹簧在工作时的最大应力（见左图所示）比未经强压处理的弹簧小。
弹簧常用材料 标准号 标准名称 牌号 直径规格(mm) 剪切模量G 弹性模量E（MPa） 推荐硬度HRC 性能 备注 GB 4357 碳素弹簧钢丝 25～80 40Mn～70Mn B级：0.08～13.0 C级：0.08～13.0 D级：0.08～6.0 G=79000 E=206000 - -40～130 强度高，性能好。B级、C级和D级分别用于低、中和高应力弹簧。 YB/T5101(GB4358) 琴钢丝 60～80 T8MnA～T9A 60Mn～70Mn G1组：0.08～6.0 G2组：0.08～6.0 F组：2.0～5.0 G=79000 E=206000 - -40～130 强度高，韧性好。用于重要的小弹簧，G2组较G1 组强度高，F组主要用于阀弹簧。YB/T5102(GB4359) 阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝 65Mn 70 2.0～6.0 G=79000 E=206000
-40～150 强度高，性能好。用于内燃机阀门弹簧或类似用途弹簧。 YB/T5103(GB4360) 油淬火回火碳素弹簧钢丝 55、60、60Mn、65、65Mn、70、70Mn、75、80 A类、B类 2.0～12.0 G=79000 E=206000 - -40～150 强度高，性能好。适用于普通机械用弹簧。B类比A类强度高。 YB/T5104(GB4361) 油淬火回火硅锰弹簧钢丝 60Si2MnA A类、B类、C类 2.0～14.0 G=79000 E=206000 - -40～200 强度高，弹性好。易脱碳，用于较高负荷的弹簧。A类和B类用于一般用途的弹簧，B类和C类用于汽车悬挂弹簧。 YB/T5105(GB4362) 阀门用油淬火回火铬硅弹簧钢丝 55CrSi 1.6～8.0 G=79000 E=206000 - -40～250 有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。 YB/T5108(GB2271) 阀门用油淬火回火铬钒弹簧钢丝 50CrVA 1.0～10.0 G=79000 E=206000 - -40～210 有较强的疲劳强度，用于较高工作温度的高应力内燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。 GB5218 硅锰弹簧钢丝
弹簧力学性能
弹簧钢丝和弹性合金丝(上) 东北特殊钢集团大连钢丝制品公司徐效谦 弹性材料是机械和仪表制造业广泛采用的制作各种零件和元件的基础材料，它在各类机械和仪表中的主要作用有：通过变形来吸收振动和冲击能量，缓和机械或零部件的震动和冲击；利用自身形变时所储存的能量来控制机械或零部件的运动；实现介质隔离、密封、软轴连接等功能。还可以利用弹性材料的弹性、耐蚀性、导磁、导电性等物理特性，制成仪器、仪表元件，将压力、张力、温度等物理量转换成位移量，以便对这些物理量进行测量或控制。 1 弹性材料的分类 1.1 按化学成分分类 弹性材料可分为：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、铁基弹性合金、镍基弹性合金、钴基弹性合金等。 1.2 按使用特性分类 根据弹性材料使用特性，可作如下分类： 1.2.1 通用弹簧钢 (1)形变强化弹簧钢：碳素弹簧钢丝。 (2)马氏体强化弹簧钢：油淬火回火钢丝。 (3)综合强化弹簧钢：沉淀硬化不锈钢丝 1.2.2 弹性合金
(1)耐蚀高弹性合金 (2)高温高弹性合金 (3)恒弹性合金 (4)具有特殊机械性能、物理性能的弹性合金 2 弹簧钢和弹性合金的主要性能指标 2.1 弹性模量 钢丝在拉力作用下产生变形，当拉力不超过一定值时，变形大小与外力成正比，通常称为虎克定律。公式如下： ε=σ/E 式中ε—应变（变形大小） σ—应力（外力大小） E —拉伸弹性模量 拉伸弹性模量(又称为杨氏弹性模量或弹性模量)是衡量金属材料产生弹性变形难易程度的指标，不同牌号弹性模量各不相同，同一牌号的弹性模量基本是一个常数。 工程上除表示金属抵抗拉力变形能力的弹性模量外（E），还经常用到表示金属抵抗切应力变形能力的切变弹性模量（G）。 拉伸弹性模量与切变弹性模量之间有一固定关系：G = E，μ称为泊桑比，同一牌号的泊桑比是一 + ) 1(2μ
我国弹簧钢丝生产现状及发展策略 赵发忠 (中国钢铁工贸集团公司 北京 100031) 关键词 弹簧钢丝;生产工艺;产品质量;现状;发展中图分类号 TG 356.4+5 随着我国汽车工业的快速发展,对弹簧钢等金 属材料的要求越来越高,目前高质量的弹簧钢部分从国外进口。弹簧钢是制造弹簧的材料,从冶炼化学成分上分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢;从轧制加工的几何形状和热处理状况分热轧圆钢、热轧扁钢、冷拔材和弹簧钢丝,其中要求较高的有高级阀门弹簧、赛车等特种汽车的悬挂弹簧。气门簧是汽车发动机上的一个非常重要的零部件,如果发动机气门簧在运行过程中发生疲劳断裂,将造成打缸、损坏发动机,因此,对气门簧可靠性和疲劳寿命要求极高,如轿车高应力气门簧失效率不能超过百万分之三,疲劳寿命必须大于2.5×107次。油淬火—回火弹簧钢丝主要用于卷制气门簧和离合器簧,也广泛用于各种机械用拉簧、扭簧和减震簧。本文着重介绍弹簧钢丝的工艺技术、产品质量现状和发展趋势。1 高质量弹簧钢丝的生产1.1 高质量弹簧钢丝的原料1.1.1 纯洁弹簧钢的冶炼技术 近年来,在炼钢方面广泛应用二次冶金、真空脱气、连续铸造等技术生产弹簧钢,使钢中氧的质量分数小于15×10-6,减少影响疲劳性能的非金属夹杂物含量,改变夹杂物形态和粒度,提高弹簧的疲劳极限。 弹簧钢主要用电炉冶炼。利用二次冶金技术,低成本生产大批量低夹杂物含量的优质弹簧钢。采用LF -VD ,RH ,LF -RH ,ASE A -SK F 和VAD 脱气法生产纯洁弹簧钢,严格限制钢中氧含量,降低钢中夹杂物的尺寸和数量[1]。 初炼炉使用氧化法冶炼,EPT 无渣出钢,炉后造渣,初炼炉外合金化,出钢随钢流加入Al 块沉淀脱氧。LF/VD 精炼,采用“LF 喂Al 线预脱氧,VD 真空前喂Al 线终脱氧,并进行真空处理”的脱氧制度。在LF 炉将各合金成分调整至目标值;VD 真空后,在 一定温度条件下搅拌、吹氩,为连铸做好准备[2]。 为提高弹簧钢的质量,降低钢中非金属夹杂物的含量,主要采用电炉加电渣重熔或真空重熔法生产。由于该工艺生产成本高,限制了推广使用,只能用于高级阀门弹簧、赛车等特种汽车的悬挂弹簧。1.1.2 纯洁弹簧钢的连铸工艺 采用精炼技术可以生产出非金属夹杂物含量少的高纯洁钢水,采用现代化连铸技术生产汽车所需高纯洁弹簧钢钢坯。在弹簧钢连铸中,首先要预防钢水的二次氧化和钢水被渣及耐火材料污染。钢水二次氧化主要发生在钢包到中间包,或中间包到结晶器的铸流中,一般采用惰性气体保护或采用耐火材料密封管将铸流和空气隔开。结晶器和结晶末段装有电磁搅拌装置[3]。1.1.3 优质弹簧钢线材 为了满足市场要求,盘条轧制应实现小规格、大盘重、控制冷却。采用先进技术改造或新建现代化特殊钢材轧制生产线。高速、无扭、无张力轧制、斯太尔摩控冷生产线组合是现代化棒线材生产模式。它是获得高尺寸精度、高表面质量和优质性能轧材的必要条件。轧钢系采用如下结构。 (1)钢坯检查和修整。采用喷丸法去除表面鳞皮,采用磁粉和超声波探伤仪进行表面和内部检查,采用轴向和表面流磁力探伤法全面检查表面缺陷,如结疤、发纹和裂纹,并在专用磨床上修整钢坯。 (2)加热。加热炉为三段步进梁式加热炉,加热炉到粗轧机组之间安有高压水去鳞装置,可改善表面状态,并使热量损失最低。在加热炉上的气氛和压力控制系统可保证钢坯脱碳及氧化烧损较轻。 (3)轧制。用水平-垂直多机架连续粗轧机组,采用菱-方孔型将大方坯轧成80mm ×80mm 左右的小方坯。第1中间机组由六架水平-垂直串列布置的机架组成;第2中间机组有4对单独设置的水平-垂直机架,采用椭圆/圆孔型无扭轧制钢材;精 第30卷 第2期金 属 制 品 2004年4月 V ol 130 N o 12S teel Wire Products April 2004
弹簧设计规范 一、弹簧的功能 弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧的结构特点，它具有多次重复地随外栽荷的大小而做相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。很多机械正是利用弹簧的这一特点来满足特殊要求的。其主要功能有： ⑴、减振和缓冲，如车辆的悬挂弹簧，各种缓冲器和弹性联轴器中的弹簧等。 ⑵、测力，如测力器和弹簧秤的弹簧等。 ⑶、储存及输出能量，如钟表弹簧，枪栓弹簧，仪表和自动控制机构上的原动弹簧等。 ⑷、控制运动，如控制弹簧门关闭的弹簧，离合器、制动器上的弹簧，控制内燃机气缸阀门开启的弹簧等。 二、弹簧的类型、特点和应用 弹簧的分类方法很多，按照所承受的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；按照形状的不同，弹簧可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、盘形弹簧和板弹簧等；按照使用材料的不同，弹簧可分为金属弹簧和非金属弹簧。各种弹簧的特点、应用见表1。 在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。故本章主要讲述这类弹簧的结构形式、设计理论和计算方法。
三、弹簧使用的材料及其用途 弹簧钢的的主要性能要求是高强度和高屈服极限和疲劳极限，所以弹簧钢材用较高的含碳量。但是碳素钢的淬透性较差，所以在对于截面较大的弹簧必须使用合金钢。合金弹簧钢中的主要合金元素是硅和锰，他们可以增强钢的淬透性和屈强比。 弹簧材料使用最广者是弹簧钢（SUP）。碳素钢用于直径较小的弹簧，工艺多为冷拔成型，如：65#，75#，85#。直径稍大，需用热成型工艺生产的弹簧多采用60Si2Mn，如汽车板簧，铁路车辆的缓冲簧。对于高应力的重要弹簧可采用50CrV,常用于高级轿车板簧，发动机气门弹簧等。其他弹簧钢材料还有：65Mn, 50CrMn, 30W4Cr2V等。 a、碳钢及合金钢：制造弹簧时，常加矽、锰、铬、钒及钼等金属元素于钢中，以增加弹簧之弹性及疲劳限度，且使其耐冲击。 b、大型弹簧多用热作加工，即弹簧材料高温轧成棒，再高温加工成形后，淬火于780度～850度左右之油或水中，再施以400度～500度的温度回火。 c、小型弹簧，先经退火，再用冷作加工，捲成后再经硬化回火，如钢丝、琴钢丝或钢带。 d、琴钢丝是属高炭钢材（0.65～0.95%）制造，杂质少，直径常小于1/4时经过轫化处理后在常温抽成线，其机械性质佳，抗拉强度及轫性大，为优良的螺旋弹簧材料。 e、不锈钢丝用于易受腐蚀处，承受高温可用高速钢及不锈钢。 f、油回火线含碳量0.6～0.7%应含锰，0.6～1.0%常用于螺圈弹簧。 g、板弹簧常用0.9～1.0%之普通钢，其较高级者则使用铬钒钢及矽锰钢。 弹簧常在变载荷和冲击载荷作用下工作，而且要求在受极大应力的情况下，不产生塑性变形，因此要求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，不易松弛。同时要求有较高的冲击韧性，良好的热处理性能等。常见的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和铜合金。几种主要弹簧材料的使用性能和许用应力见表2。
弹簧钢丝和弹性合金丝(上) 东北特殊钢集团大连钢丝制品公司徐效谦 弹性材料是机械和仪表制造业广泛采用的制作各种零件和元件的基础材料，它在各类机械和仪表中的主要作用有：通过变形来吸收振动和冲击能量，缓和机械或零部件的震动和冲击；利用自身形变时所储存的能量来控制机械或零部件的运动；实现介质隔离、密封、软轴连接等功能。还可以利用弹性材料的弹性、耐蚀性、导磁、导电性等物理特性，制成仪器、仪表元件，将压力、张力、温度等物理量转换成位移量，以便对这些物理量进行测量或控制。 1 弹性材料的分类 1.1 按化学成分分类 弹性材料可分为：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、铁基弹性合金、镍基弹性合金、钴基弹性合金等。 1.2 按使用特性分类 根据弹性材料使用特性，可作如下分类： 1.2.1 通用弹簧钢 (1)形变强化弹簧钢：碳素弹簧钢丝。 (2)马氏体强化弹簧钢：油淬火回火钢丝。 (3)综合强化弹簧钢：沉淀硬化不锈钢丝 1.2.2 弹性合金 (1)耐蚀高弹性合金 (2)高温高弹性合金 (3)恒弹性合金 (4)具有特殊机械性能、物理性能的弹性合金 2 弹簧钢和弹性合金的主要性能指标 2.1 弹性模量 钢丝在拉力作用下产生变形，当拉力不超过一定值时，变形大小与外力成正比，通常称为虎克定律。公式如下： ε=σ/E 式中ε—应变（变形大小） σ—应力（外力大小） E —拉伸弹性模量 拉伸弹性模量(又称为杨氏弹性模量或弹性模量)是衡量金属材料产生弹性变形难易程度的指标，不同牌号弹性模量各不相同，同一牌号的弹性模量基本是一个常数。 工程上除表示金属抵抗拉力变形能力的弹性模量外（E），还经常用到表示金属抵抗切应力变形能力的切变弹性模量（G）。 E，μ称为泊桑比，同一牌号的泊桑拉伸弹性模量与切变弹性模量之间有一固定关系：G = ) + 1(2μ
弹簧加工工艺 .亨特弹簧 我们在日常生活中会使用到很多的弹簧产品，弹簧表面上看是很简单的产品。在教科书里也是一笔带过的部分。但是大家所不知的是弹簧的生产其实并不容易！很多产品的设计者常常把所有的机构全部设计完成了后再让弹簧加工商来生产所需的弹簧。殊不知在设计时由于没有提前把弹簧考虑进去所以造成了之前的所有设计全部报废。因为弹簧他是在一根钢丝上产生的机械性能！他可调性很差！只有材料、外径、圈数、总长这几大项可调。但由于提前把机构就已设计死，这样就限制了弹簧的多项的不可调性。那么下面我就以我在东莞市亨特五金制品公司里里多年生产弹簧的经验和大家做一个简单的分享吧。 现在我就以常见的压缩弹簧的加工及每部分所产生的功能来介绍： 一.弹簧加工卷制： 弹簧主要性能的产品主要就是这个部份产生。这几个部份在弹簧生产过程中是必须有的，少一项都不能生产出一个合格的弹簧.目前弹簧的卷制使用的均为CNC电脑数控弹簧机 1.材料. 需要知道材质及材料的大小也就是线径。材质一般常见分类为钢丝、琴钢、不 锈钢及合金钢。选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循 环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。 为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。 表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢， 其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。图20-2给出了碳 素弹簧钢丝的抗拉强度极限。 弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素， 以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求 防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧， 如橡胶、塑料、软木及空气等。 碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低； 低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹 硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好； 铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。 2.外径. 外径、内径及中径在知道线径的大小的前提下可以只提供其中的任意一项！但如不 知线径就必须要提供最少两项。 他们的关系式为： 1．外径-线径=中径 2．外径-中径=线径 3．中径+线径=外径
[常用牌号]： 常用合金弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途。 常用的合金弹簧钢有60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA等。 60Si2Mn钢是应用最广泛的合金弹簧钢，其生产量约为合金弹簧钢产量的80％。它的强度、淬透性、耐回火性都比碳素弹簧钢高，工作温度达250℃，缺点是脱碳倾向较大，适于制造厚度小于10mm的板簧和截面尺寸小于25mm的螺旋弹簧，在重型机械、铁道车辆、汽车、拖拉机上都有广泛的应用。 30W4Cr2VA是高强度的耐热弹簧，用于500℃以下工作的 [弹簧成型方法]： 对直径或板簧厚度大于10 mm的大弹簧，可在比正常淬火温度高出50～80℃的温度热成形，对直径或板簧厚度小于8～10mm的小弹簧，常用冷拔弹簧钢丝冷卷成形。 为保证弹簧具有高的强度和足够的韧性，通常50CrVA钢的力学性能与60Si2Mn钢相近，但淬透性更高，钢中Cr和V能提高弹性极限、强度、韧性和耐回火性，常用于制作承受重载荷、工作温度较高及截面尺寸较大的弹簧。锅炉主安全阀弹簧、汽轮机汽封弹簧等。 常采用淬火+中温回火。对热成形弹簧，可采用热成形余热淬火，对热冷成形的弹簧，有时可省去淬火、中温回火工艺，成形后只需进行200～300℃进行去应力退火即可。弹簧钢热处理后通常进行喷丸处理，其目的是在弹簧表面产生残余压应力，以提高弹簧的疲劳强度。 [性能]： 硬度为40～48HRC，有较高的弹性极限和疲劳强度，以及一定的塑性和韧性弹簧是起缓冲、减振和储能等作用。弹簧一般是在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此，必须具有高的屈服点和屈强比（σs/ σb）、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷。同时，弹簧钢还要求具有一定的塑性与韧性，一定的淬透性，不易脱碳及不易过热。一些特殊弹簧还要求有耐热性、耐蚀性或在长时间内有稳定的弹性。 中碳钢和高碳钢都可作弹簧使用，但因其淬透性和强度较低，只能用来制造截面较小、受力较小的弹簧。合金弹簧钢则可制造截面较大、屈服极限较高的重要弹簧。[化学成分]： 合金弹簧钢为中、高碳成分，一般wC=0.5％～0.7％，以满足高弹性、高强度的性能要求。加入的合金元素主要是Si、Mn、Cr，作用是强化铁素体、提高淬透性和耐回火性。但加入过多的Si会造成钢在加热时表面容易脱碳，加入过多的Mn容易使晶粒长大。加入少量的V和Mo可细化晶粒，从而进一步提高强度并改善韧性。此外，它们还有进一步提高淬透性和耐回火性的作用。 55Si2Mn特性：强度大、弹性极限好，屈服比值高，热处理后韧性较好，焊接性差，冷变形塑性低，切削性尚好，淬透性较65、65Mn钢高，临界淬透直径：油中约为25~57mm；水中约为44~88mm；此钢宜油淬、水淬时有形成裂纹倾向，无回火脆性倾向，且具有抗回火稳定和抗松弛稳定性；钢中夹杂物较高，轧制较困难，表面易出疵病，脱碳倾向大；适宜在淬火并中温回火状态下使用。用途：适用于制造铁道车辆、汽车、拖拉机等承受中等载荷的扁形弹簧、直径<25mm的螺旋形弹簧、缓冲弹簧以及汽缸安全阀门等高应力下工作的重要弹簧。 55Si2MnB特性：性能与55Si2Mn钢相近，但淬透性更高，在油中临界淬透直径约为90~180mm，疲劳强度也显著提高。用途：适用于制造中、小型截面的钢板弹簧，如汽车上的前后副钢板弹簧。
弹簧制作工艺 一适用范围 本文适用于φ16mm以下，GB4537碳素弹簧钢丝A.B.C组的冷绕制作工艺。二材料 1. 弹簧钢丝必须符合GB4357标准。 2. 机械性能（抗拉、弯曲、扭转）符合GB4357标准。 3. 材料检验：按标准进行物理实验、抗拉强度、反复弯曲扭转。 4. 弹簧钢丝表面应光滑、无裂缝、无伤痕、锈点，发现以上现象不得投产。 5. 须经验收合格，方能投产。 三绕制设备及工具 1. 自动卷簧机 2. 一般车床 3. 手绕工具 4. 绕制芯轴 5. 砂轮机 6. 自动磨簧机 7. 车床绕制夹具 8. 专用钳工特殊工具 9. 绕制压板 10. 板耳工具 11．钢丝切断工具及切断机
自动弹簧机绕制工艺流程 自动弹簧机绕制钢丝直径为0.2—3mm. 调机： ①校对送料滚轮及卷绕肖子使适合钢丝直径并装上节距楔块及切断刀。 ②将钢丝穿入弹簧机内，把压板和送料滚轮压紧。 ③调节卷绕肖子距离，控制弹簧直径，以调节节距楔块和肖子角度来控弹 簧节距和并头。 ④装上适当的切断刀，根据弹簧展开长度，调节送料凸轮，切断凸轮，根 据有效圈数，来调节节距楔凸轮。 ⑤将冷却液喷嘴对准工作物，并装上挡板，准备绕制。 ⑥拉簧工艺按1、2并调节卷绕肖子距离，控制弹簧直径，装上适当的切 断刀，根据弹簧展开长度调节送料凸轮，切断凸轮，调到正确为止。 ⑦拉簧绕制成长条的弹簧单个切断，切断的圈数根据图纸总圈数，再加上 两个耳钩的圈数。 ⑧弯耳环，力弹簧的绕制后应进行去应力退火，然后用板耳工具弯出耳环， 并注意控制二次耳环去应力退火的几何尺寸。 ⑨扭力弹簧的绕制，用绕制芯轴手绕或一般车床上绕制，绕制芯轴尺寸数 据，可参照下列经验公式： 芯轴直径=1－0.0167×弹簧中径（D）/钢丝直径（d）×弹簧内径（DI）注：在烧制中有节距要求的，要注意节距均匀，只能短，不能长。 ⑩绕制时首先按图绕制15－20只弹簧，端平（头）磨平，整形。去应力退火处理，处理后的压力按图纸要求上限5%，下限按图纸要求3%进行检验，具体数据见零件工艺过程卡的技术要求。
弹簧参数 ⑴弹簧丝直径d:制造弹簧的钢丝直径。 ⑵弹簧外径D2:弹簧的最大外径。 ⑶弹簧内径D1:弹簧的最小外径。 ⑷弹簧中径D:弹簧的平均直径。它们的计算公式为:D=(D2+D1)÷2=D1+d=D2-d ⑸节距t:除支撑圈外，弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距，用t表示。 ⑹有效圈数n:弹簧能保持相同节距的圈数。 ⑺支撑圈数n2:为了使弹簧在工作时受力均匀，保证轴线垂直端面、制造时，常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用，称为支撑圈。一般有1.5d、2d、2.5d，常用的是2d。 ⑻总圈数n1: 有效圈数与支撑圈的和。即n1=n+n2. ⑼自由高H0:弹簧在未受外力作用下的高度。由下式计算:H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d (n2=2时) ⑽弹簧展开长度L:绕制弹簧时所需钢丝的长度。L≈n1 (ЛD2)2+n2 (压簧) L=ЛD2 n+钩部展开长度(拉簧) ⑾螺旋方向:有左右旋之分，常用右旋，图纸没注明的一般用右旋。 ⑿弹簧旋绕比:中径D与钢丝直径d之比。 符号单位 A--弹簧材料截面面积(mm²);当量弯曲刚度(N/mm);系数 a--距形截面材料垂直于弹簧轴线的边长(mm);系数 B--平板的弯曲刚度(N/mm);系数 b--高径比;距形截面材料平行于弹簧轴线的边长(mm);系数 C--螺旋弹簧旋绕比;碟簧直径比;系数 D--弹簧中径(mm) D1--弹簧内径(mm) D2--弹簧外径(mm) d--弹簧材料直径(mm) E--弹簧模量(MPa) F--弹簧的载荷(N) F'--弹簧的刚度 Fj--弹簧的工作极限载荷(N) Fo--圆柱拉伸弹簧的初拉力(N) Fr--弹簧的径向载荷(N) F'r--弹簧的径向刚度(N/mm) Fs--弹簧的试验载荷(N) f--弹簧的变形量(mm) fj--工作极限载荷Fj下的变形量(mm) fr--弹簧的静变形量(mm) fs--试验载荷Fs下弹簧的变形量(mm);线性静变形量(mm) fo--拉伸弹簧对应于处拉力Fo的假设变形量(mm);膜片的中心变形量(mm) G--材料的切变模量(MPa) g--重力加速度，g=9800mm/s² H--弹簧的工作高(长)度(mm) Ho--弹簧的自由高(长)度(mm) Hs--弹簧试验载荷下的高(长)度(mm) h--碟形弹簧的内载锥高度(mm)
奥氏体不锈钢弹簧钢丝生产工艺流程： 1）流程图： 盘条表面处理 入库包装检验 2）简述： 盘条：从上海宝钢等钢厂采购回原料后（Φ5.5—11mm）需进厂检验，包括表面（是否存在结疤、裂纹、折叠、耳子等缺陷）和尺寸检验，还包括力学性能检验，不同炉号原料进行化学元素分析抽检。 表面处理：盘条或经过固溶处理的钢丝沾皮膜剂后烘干，皮膜剂的作用是在钢丝表面形成一层粗糙、多孔、能吸附和携带拉丝粉的载体，拉丝时借助这层润滑载体将拉丝粉带入模具中。 皮膜剂使用为外购指定厂家。 拉丝：依靠冷加工强化达到标准规定或客户要求的强度。在拉丝前根据其冷加工强化系数，计算总减面率，确定成前尺寸。成品需经过多道次拉拔，使用6/600、8/450直进式拉丝机。 拉丝模的使用：一般成品线径≥2.0mm以上采用硬质合金模，线径＜2.0mm时采用钻石模； 拉丝粉的使用：一般粗拔时前2或3道模使用钙皂拉丝粉，其余道次使用钠皂。 固溶处理：采用管式炉将钢丝加热到1000—1100℃左右，保温一段时间后快速淬水冷却，以消除加工硬化，钢丝固溶为连续处理。
检验：主要包括钢丝表面质量、尺寸公差、弹高弹宽及力学性能等项目，分操作工自检及质检员专检两部分，最终由质检员对产品质量进行判定。 包装：包装工根据质检员判定结果，将合格、不合格产品分开。包装前，清点产品的数量、核对钢号、炉号、规格等，并写好标牌，再使用打包机器，根据产品的不同包装要求进行包装，保证产品在运输过程中不松散。 入库：包装完毕的产品要及时入库，入库要准确过磅，由库管员核对实物的相关信息。 生产全过程贯彻实施GB/T19001-2008《质量管理体系要求》，操作工及质检员按照质量体系文件《作业指导书》内容要求执行。
根据GB/T 13304《钢分类》标准，按照基本性能及使用特性一，弹簧钢属于机械结构用钢；按照质量等级，属于特殊质量钢，即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。按照化学成分分类：1.碳素弹簧钢。· 2.合金弹簧钢。 1、碳素弹簧钢:多采用材质为：65#,70#、65Mn、82B、72A、72B钢丝，特点是可塑性低，弹性强，抗应力能力强.用途：多用于席梦思床、汽车及各种靠垫、机械制造、文具电动工具、体育用械、扭簧用、拉簧用、电器设备等行业.。规格范围：线径Φ0.20mm-Φ6.50mm. 标准：碳素弹簧钢丝国家标准GB4357-89 主要用途：用于制造在冷状态下缠绕成形而不经淬火的弹簧 2.合金弹簧钢：合金弹簧弹钢是用于制造制弹簧或者其他弹性零件的钢种。弹簧一般是在交变应力下工作，常见的破坏形式是疲劳破坏，因此，合金弹簧钢必须具有高的屈服点和屈强比（σs/ σb）、弹性极限、抗疲劳性能，以保证弹簧有足够的弹性变形能力并能承受较大的载荷。同时，合金弹簧钢还要求具有一定的塑性与韧性，一定的淬透性，不易脱碳及不易过热。一些特殊弹簧还要求有耐热性、耐蚀性或在长时间内有稳定的弹性。中碳钢和高碳钢都可作弹簧使用，但因其淬透性和强度较低，只能用来制造截面较小、受力较小的弹簧。合金弹簧钢则可制造截面较大、屈服极限较高的重要弹簧 常见弹簧材料种类： 1、油淬火回火弹簧钢丝 2、碳素弹簧钢丝 3、非机械弹簧用碳素弹簧钢丝 4、工具钢冷轧钢带 5、回火弹簧钢丝用热扎盘条
6、铬钒弹簧钢丝 7、铬钒合金弹簧钢丝 8、硅锰合金弹簧钢丝 9、火铬硅合金弹簧钢丝 10、硅锰弹簧钢丝 11、铬钒弹簧钢丝 12、铬硅弹簧钢丝 13、弹簧钢钢材
SWRH82B线材材质的特点 SWRH82B线材经拉拔、绞线制作预应力钢绞线，广泛用于高层建筑、大跨度桥梁、水利设施等重点工程。为此，要求所用的原料——高碳钢线材应具有稳定的化学成分、纯净的钢质、优良的力学性能。由于对其质量要求职高，而其生产工艺难度大。在国内只有少数几个钢厂（宝钢、包钢、武钢等）生产（面且采用模铸的方法生产或连铸大方坯二次开坯生产），目前该产品仍需大量进口。国家西部大开发、国家高等级公路的迅猛发展、2008年奥运会在北京的召开等等一大批国家重点工程的相继建设，市场对钢绞线的需求量一定会越求越大，目前，一大批钢绞线生产厂出现供不应求的局面，因此SWRH82B钢的市场前景非常广阔。
—————————————————————————————————————————— 弹簧钢丝的标准及用途 摘要我国弹簧纲丝标准是参照ISO和JIS制订的，本文以ISO和JIS为依据，分析了弹簧纲丝现行国家标准和行业标准的适用范围，各组别之间隐含的的差别，对弹簧钢丝的生产和使用都有参考价值。 关键词弹簧钢丝、标准、适用范围 弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件。弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。 弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。 弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。 此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于8.0mm，油淬火回火钢丝使用规格一般小于13.0mm。实际上直径13.0mm弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径15.0mm以上钢丝大多采用加热绕制工艺制簧。 弹簧根据运行状态可分为静态簧和动态簧。静态弹簧指服役期振动次数有限的弹簧，如安全阀弹簧，
弹簧国家标准一览 中国的弹簧标准化工作始于60年代初期，至今已40多年历史，已经形成了较为完善的标准体系，目前已有弹簧国家标准22项、行业标准30项。1999年由国家质检总局批准成立全国弹簧标准化技术委员会（SAC/TC235），弹簧标准化工作得以全面推进。2004年国际上成立了ISO/TC 227（弹簧），我国以成员身份参与工作，这标志着中国弹簧标准化工作进入了新的阶段，即；全面跟踪、实质性参与工作阶段。 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－弹簧标准目录： GB/T 1239.2－1989 冷卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件 GB/T 1239.3－1989 冷卷圆柱螺旋扭转弹簧技术条件 GB/T 1239.4－1989 热卷圆柱螺旋弹簧技术条件 GB/T 1239.6－1989 圆柱螺旋弹簧设计计算 GB/T 1973.1－1989 小型圆柱螺旋弹簧技术条件 GB/T 1973.2－1989 小型圆柱螺旋拉伸弹簧尺寸及参数 GB/T 1973.3－1989 小型圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数 GB/T 2087－2001 圆柱螺旋拉伸弹尺寸及参数（半圆钩环型） GB/T 2088－1997 圆柱螺旋拉伸弹（圆钩环压中心型）尺寸及参数 GB/T 2089－1994 圆柱螺旋压缩弹簧（两端并紧磨平或锻平型）尺寸及参数 GB/T 4142－2001 圆柱螺旋拉伸弹尺寸及参数（圆钩环型） GB/T 2785－1988 内燃机气门弹簧技术条件 GB/T 2940－1982 柴油机用喷油泵、调速器、喷油器弹簧技术条件 GB/T 4036－1983 手表发条 GB/T 4037－1983 手表游丝
弹簧钢丝的标准及用途说明大全 弹簧钢丝的标准及用途摘要我国弹簧纲丝标准是参照ISO和JIS制订的，以ISO和JIS为依据，分析了弹簧纲丝现行国家标准和行业标准的适用范围，各组别之间隐含的的差别，对弹簧钢丝的生产和使用都有参考价值。关键词弹簧钢丝、标准、适用范围弹簧是机械行业和日常生活中最常用的零件。弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度，因而越能提高强度利用率，制成的弹簧弹力越强。弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。弹簧通常在交变应力作
用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧，要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理直接使用。冷拉弹簧钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝弹力太大，绕制弹簧很困难，所以冷拉弹簧钢丝使用规格一般小于，油淬火回火钢丝使用规格一般小于。实际上直径弹簧多选用轻拉状态弹簧钢丝，冷拉绕制成形后再淬回火使用。直径以上钢丝大多采用加热绕
65mn碳素弹簧钢丝65Mn热处理淬火弹簧钢丝 东莞国创金属材料有限公司现货批发 65Mn弹簧钢 ●特性及适用范围： 65Mn弹簧钢， 锰提高淬透性， φ12mm的钢材油中可以淬透， 表面脱碳倾向比硅钢小， 经热处理后的综合力学性能优于碳钢， 但有过热敏感性和回火脆性。 用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条， 也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。65Mn弹簧钢 ●化学成份： 碳 C ：0.62～0.70 硅Si：0.17～0.37 锰Mn：0.90～1.20 硫S ：≤0.035 磷P：≤0.035 铬Cr：≤0.25 镍Ni：≤0.25 铜Cu：≤0.25 ●力学性能：
抗拉强度σb (MPa)：≥980(100) 屈服强度σs (MPa)：≥784(80) 伸长率δ10 (％)：≥8 断面收缩率ψ(％)：≥30 硬度：热轧,≤302HB;冷拉+热处理,≤321HB ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：淬火830℃±20℃,油冷; 回火540℃±50℃(特殊需要时,±30℃)。 金相组织：屈氏体。 ●交货状态： 热轧钢材以热处理或不热处理状态交货， 冷拉钢材以热处理状态交货。 弹簧淬火时常见的缺陷及防止措施： (1)脱碳(降低使用寿命)--1、采用盐浴炉或拄制气氛加热炉加热。2、采用快速加热工艺。 (2)淬火后硬度不足,非马氏体数量较多,心部出现铁素体(产生和残存变形,降低使用寿命)--1、选用淬透性较好的材料。2、改善淬火冷却剂的冷却能力。3、弹簧进入冷却剂的温度应控制在Ar3以上。4、适当提高淬火加热温度。 (3)过热(脆性增加)--1、严格控制成型及淬火加热温度。2、加强淬火时的金相检验。 (4)开裂(脆性增加,严重降低使用寿命)--1、控制淬火加热温度。2、淬火时冷到250-300C 时,取出空冷。3、及时回火。 操作注意事项： (1)热处理前检查表面是否有脱碳、裂纹等缺陷。这些表面缺陷将严重地降低弹簧的疲劳极限。 (2)淬火加热应特别注意防止过热和脱碳,做好盐浴脱氧,控制炉气气氛,严格控制加热温度与时间。 (3)为减少变形,弹簧在加热时的装炉方式,夹具形式和冷却时淬入冷却方法。 (4)淬火后要尽快回火,加热要尽量均勺。回火后快冷能防止回火脆性和造成表面压应力,提高疲劳强度。 质量检查