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 弹簧钢

科技名词定义

中文名称：

弹簧钢

英文名称：

spring steel

定义：

含碳量为0.60%～0.95%的碳钢，是经冷变形强化的一种较好的弹簧钢丝，用于制作各种弹簧。

应用学科：

机械工程（一级学科）；仪器仪表材料（二级学科）；弹性材料(仪器仪表)（三级学科）

本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

百科名片

弹簧钢主要是有好的弹性，又由于它是在动载荷环境条件下工作的，所以对制造弹簧的材质最主要的应有高的屈服强度；在承受重载荷时不引起塑性变形；应有高的疲劳强度，在载荷反复作用下具有长的使用寿命；并有足够的韧性和塑性，以防在冲击力作用下突然脆断。

　　弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。
钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现变形。

　　弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。
为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、的外形和尺寸。

　　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。
按照我国习惯，弹簧钢属于特殊钢，制作弹簧钢的时候技术要求比较高，技术的过硬直接决定品质的高低。

弹簧钢分类

根据GB/T 13304 标准，弹簧钢按照其化学成分分为非合金弹簧钢(碳素弹簧钢)和合金弹簧钢。

　　1.碳素弹簧钢

　　碳素弹簧钢的碳含量(质量分数)一般在0.62%~0.90%。
按照其锰含量又分为一般锰含量(质量分数) (0.50%~0.80%)如65、70、85和较高锰含量(质量分数) (0.90~1.20%)，如65Mn两类。

　　2.合金弹簧钢

　　合金弹簧钢是在碳素钢的基础上，通过适当加入一种或几种合金元素来提高钢的力学性能、淬透性和其他性能，以满足制造各种弹簧所需性能的钢。

　　合金弹簧钢的基本组成系列有，硅锰弹簧钢、硅铬弹簧钢、铬锰弹簧钢、铬钒弹簧钢、钨铬钒弹簧钢等。
在这些系列的基础上，有一些牌号为了提高其某些方面的性能而加入了钼、钒或硼等合金元素。

　　此外，还从其他钢类，如优质碳素结构钢、碳素工具钢、高速工具钢、不锈钢，选择一些牌号作为弹簧用钢。

按照生产加工方法分类

　　1. 热轧 (锻) 钢材 包括热轧轧圆钢、方钢、扁钢、钢板，锻制圆钢、方钢。

　　2. 冷拉 (轧) 钢材 包括钢丝、钢带、冷拉材 (冷拉圆钢)。

按照钢材交货状态分类

　　1. 热轧 (锻) 钢材

　　A.以热轧 (锻) 状态交货钢材经热成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。

　　B.以退火状态交货 钢材经冷成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。

　　以上均应符合相应的交货状态硬度的规定。

　　2. 冷拉 (轧) 钢材

　　A.钢丝

　　① 铅浴等温淬火冷拉钢丝(又称派登脱处理冷拉钢丝) 钢丝制成弹簧后只需进行低温回火，以消除应力。

　　② 油淬火和回火钢丝冷拉成所需尺寸后，进行连续加热、连续油淬火和铅回火。
钢丝制成弹簧后只需进行底温火，以消除应力。

　　③ 冷拉钢丝 (即不经淬火和回火处理的钢丝)

　　a. 以冷拉状态交货。

　　b. 以退火、正火或回火处理状态交货。

　　以上两种状态交货的钢丝制成弹簧后均需进行淬火和回火处理。

　　B.钢带

　　① 冷轧状态交货制成弹簧后需进行低温回火，以消除应力。

　　② 淬火和回火状态交货制成弹簧后需进行低温回火，以削除应力。

　　③ 退火火状态交货制成弹簧后需进行淬火和回火处理

　　C.冷拉钢材

　　以退火状态交货 钢材经冷成形制成弹簧，然后进行淬火和回火处理。

其他分类方法

　　除以上所述外，还有一些其他分类方法，例如：

　　按交货条件要求不同可分为按化学成分(力学性能)交货和按淬透性交货。

　　按弹簧工作条件可分为承受静载荷弹簧钢、承受冲击载荷弹簧钢、耐高(低)温弹簧和耐腐蚀弹簧钢等。

弹簧钢

　　弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。
在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等碳素弹簧钢即含碳量WC在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢。
合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外还有硌、钨、钒的合金弹簧钢。
近年来，结合我国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量

弹簧钢性能要求

　　弹簧在冲击、振动或长期交应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。
在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等碳素弹簧钢即含碳量WC在0.6%-0.9%范围内的优质碳素结构钢。
合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量Wsi提高性能；另外还有硌、钨、钒的合金弹簧钢。
近年来，结合我国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量。

弹簧钢生产工艺

　　一般弹簧钢可用电炉、平炉或氧气转炉生产；质量较好或具有特殊性能的优质弹簧钢，用电渣炉或真空炉炼制。
弹簧钢中碳、锰、硅等主要元素的规定含量范围较窄，冶炼时必须严格控制化学成分。
硅含量较高时容易形成气泡等缺陷，钢锭锻轧后冷却不当时易产生白点。
因此，冶炼用的原材料必须干燥，尽量除去气体及夹杂物，而且要避免钢水过热。

　　弹簧钢在轧制加工中须特别注意脱碳和表面质量。
钢材表面严重脱碳时，会显著降低钢的疲劳极限。
对于高硅弹簧钢如70Si3MnA，应注意避免石墨化。
因此，在热加工时停轧温度不应过低(≥850℃),避免在石墨化较易形成的温度范围(650～800℃)内停留时间过长。

　　弹簧制成后经喷丸处理能使弹簧表层产生残余压应力，以抵销表层上的部分工作应力，抑制表层裂缝的形成，这可显著提高弹簧的疲劳极限。

弹簧钢热处理规范

　　钢号 淬火温度 淬火介质 硬度要求 回火温度 冷却介质 硬度要求 应用范围

　　65 780-830 水或油 400-600 线径小于12-15mm的螺旋弹簧、弹簧垫圈

　　65Mn 810-830 油或水 >60 370-400 水 42-50 5-10mm的板簧片及7-10mm的卷簧

　　50CrV 850-870 油 >58 400-55 水 45-50 截面较大和较重要的板簧片及螺旋弹簧

　　50CrV 850-870 油 >58 300C以下工作的高温弹簧

60Si2MnA 860-880 油 >60 500-520 水 HB363-444 厚度8-12mm的板簧片。

弹簧钢特性和应用

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