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弹簧 |
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弹簧的材料、选材与制造 |
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newmaker |
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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
类别 | 代号 | 许用扭应力[tT] | 许用弯曲应力[σb]/MPa | 切变模量G/GPa | 弹性模量E/GPa
| 推荐硬度范围HRC | 推荐使用温度°C | 特性及用途 | Ⅰ类弹簧 | Ⅱ类弹簧 | Ⅲ类弹簧 | Ⅰ类弹簧 | Ⅱ类弹簧 | 钢丝 | 碳素弹簧钢丝
Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ | 0.3σb | 0.4σb | 0.5σb | 0.5σb | 0.625σb | 81.5～78.5 | 204～202 | - | -40～120 | 强度高，性能好，适于做小弹簧 | 60Si2Mn
60Si2MnA | 471 | 627 | 785 | 785 | 981 | 78.5 | 197 | 45～50 | -40～200 | 弹性好，回火稳定，易脱碳，适于做受大载荷的弹簧 | 65Si2MnWA
60Si2CrVA | 560 | 745 | 931 | 931 | 1167 | 47～52 | -40～250 | 强度好，耐高温，弹性好 | 30W4Cr2VA | 442 | 588 | 735 | 735 | 920 | 43～47 | -40～350 | 高温强度好，淬透性好。 | 50CrVA | 45～50 | -40～210 | 高疲劳强度，淬透性和回火稳定性好 | 不锈钢 | 1Cr18Ni9Ti | 324 | 432 | 540 | 540 | 677 | 71.5 | 193 | - | -250～300 | 耐腐蚀，耐高温，适于做小弹簧 | 4Cr13 | 442 | 588 | 735 | 735 | 920 | 75.5 | 215 | 48～53 | -40～300 | 耐腐蚀，耐高温，适于做大弹簧 | Co40CrNiTiMo | 500 | 666 | 834 | 834 | 1000 | 76.5 | 197 | = | -40～500 | 耐腐蚀，高强度，无磁，低后效，高弹性 | 青铜丝 | Qsi-3 | 265 | 353 | 442 | 442 | 550 | 40.2 | 93 | HB90～120 | -40～120 | 耐腐蚀，防磁好 | QSn4-3 | 39.2 | Qbe2 | 353 | 442 | 550 | 550 | 735 | 42.2 | 129.5 | 37～40 | 耐腐蚀，防磁，导电性及弹性好 |
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tlim：Ⅰ类￡1.67[t]；Ⅱ类￡1.25[t]；Ⅲ类￡1.12[t]。
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。
2 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。
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（见图所示）比未经强压处理的弹簧小。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(2/14/2005) |
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