弹簧钢丝
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弹簧钢丝是用于做弹簧(SPRING)或钢丝型件(WIRE FORM)的一种钢丝。按照弹簧用途的不同,做弹簧所需的弹簧钢丝都多种类型,如要求较低的做床垫弹簧的弹簧钢丝(简称床垫钢丝)、做
减震器的弹簧钢丝、做悬挂簧的弹簧钢丝、做发动机气门的弹簧钢丝及做相机快门的弹簧钢丝等等,虽然没有统一的标准分类名称,这些钢丝的品质要求是不同。弹簧钢丝也可以按制造
工艺分类,如生拉弹簧钢丝(
拉拔前不经过
铅浴淬火处理)、铅淬火弹簧钢丝、镀锌弹簧钢丝、油淬火弹簧钢丝等。
中文名
弹簧钢丝
外文名
SPRING WIRE
抗拉强度等级
1000-3000兆帕
圆形直径范围
0.08-20毫米
用 途
做弹簧或钢丝型件
弹簧钢丝的强度按品种、标准和规格的不同,
抗拉强度等级可在1000-3000
兆帕范围。
圆形弹簧钢丝的直径范围在0.08-20毫米。
弹簧钢丝的截面形状一般为圆形,也有长方、方、卵形等形状,成品钢丝一般是一卷卷交付,也有按直条交付的情况。
应用于不同环境的弹簧对钢丝有着不同的特殊要求。例如:工作在
腐蚀介质中的弹簧要求有着良好的抗腐蚀性能;精密仪器中的
弹簧要求具有长期的稳定性和灵敏性;
高温环境中的弹簧要求有足够的
弹性极限和抗
蠕变性能[1]
。
生产方法
不同类型的弹簧钢丝有不同的生产方法,共同特点都是需要一定的强度、高韧性和良好的
卷簧性能。
常用各种弹簧钢丝的工艺制作方法如下:
生拉弹簧钢丝工艺流程:(钢)
盘条--表面处理-- 拉丝(床垫钢丝可用此法)
铅淬火弹簧钢丝:在盘条尺寸或
冷拔的中间规格进行
铅浴淬火,然后再进行表面处理和拉丝。
镀锌弹簧钢丝:通常在成品尺寸进行热镀或
电镀,也有采用盘条酸洗热镀后冷拔到规定尺寸的。
油淬火弹簧钢丝:根据需要可采用碳钢或合金钢,表面处理并冷拔至成品尺寸后进行淬火
回火处理,这种工艺在
汽车悬挂簧及气门簧用钢丝上用得较多,普通弹簧当然也可以用。
表面处理:一般采用
酸洗磷化,去除
氧化铁皮,形成
磷化膜;也有少数采用机械方法处理。目的都是满足冷拔
拉丝工序的要求,获得光洁的表面。对于要求高
疲劳寿命的弹簧钢丝,如气门弹簧钢丝,应对
盘条进行扒皮处理,减少表层缺陷,如果钢厂能在
钢坯上进行修磨,也有益于减少缺陷。
拉丝:成品拔程的
拉拔工艺对产品性能的影响很大,一般采用90%左右的较大的总减面率(见面积减缩率)和较小的道次减面率(约10%-20%),以保证产品的韧性。对于高强度弹簧钢丝,拉拔时应控制各道次钢丝的出口温度低于150℃,防止钢丝因产生
应变时效而出现扭转裂纹,这是造成钢丝报废的主要缺陷。为此,拉拔时必须有良好的润滑和充分的冷却,采用较小的道次减面率和拉拔速度有助于减少钢丝的温升。
热处理:碳钢弹簧钢丝常用
铅浴淬火工艺,可获得非常细小的
珠光体组织(
索氏体),对于改善深度拉拔性能及弹簧性能都是有益的,铅浴的替代工艺
流化床还未推广,只在一些小直径上有应用。
合金钢丝一般采用
退火热处理,使
显微组织适应
拉拔变形。
不锈钢丝的热处理采用
固溶处理,其目的也是改善组织以适应拉拔的需要。油淬火工艺用在成品钢丝上,采用
感应加热或燃气、燃油加热炉,将钢丝加热至
奥氏体化温度保温一段时间,淬火后再进行一次
中温回火。虽然名义上叫油淬火,基本上都采用水淬火或加高分子材料的水淬火[1]
。
特性用途
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。
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。