高强度弹簧钢丝生产工艺及研究

为评价资料制作弹簧的功能，研讨了琴钢丝、油淬火钢丝和奥氏体不锈钢等弹簧钢丝。研讨中量化弹簧功能参数：（1）加工疑问；（2）极限应力；（3）松懈功能；（4）疲惫功能。

1、实验资料

实验钢丝的规范和化学成分见表1。

表1  弹簧钢丝化学成分

（1）2种琴钢丝。实验钢丝比BS 5216 M5（当前世界技术规范中强度最高的弹簧钢丝）有更高的强度，具有冷拉珠光体安排。

（2）3种低合金铬硅钢丝。第1种富含钒，并经过了油淬火，适于冷卷；第2种富含钒和镍，含碳量较低，软态供货，适于热卷；第3种是规范的铬硅钢丝，已尼过感应加热处理。琴钢丝和低合金钢丝都经过抛丸处理进步疲惫功能，未思考用于氮化的铬硅合金。

（3）302不锈钢丝。强度水平适当于17/7PH时效后。钢丝选用冷卷，弹簧用玻璃珠抛丸，以进步疲惫功能。

2、制作弹簧

各种钢丝资料外表质量杰出，抗拉强度符合要求。将钢丝送交弹簧制作厂制作紧缩弹簧。厂家反映IHT（感应加热处理的钢丝）是卷制过的最硬的钢丝，卷制后堵截钢丝需求十分大的力。不过，卷绕很成功，在收到的样品中，没有发如今卷绕过程中形成的显着损害或擦伤。弹簧参数见表2。

表2  弹簧规划参数

3、拉力实验

抗拉实验履行EN10218-1规范，意图是确认钢丝的实践抗拉强度。厂家提供的抗拉强度用维氏硬度实验（EN ISO6507-1）进行核实，经过硬度值换算的成果见表3。

表3  制作厂提供的数据和实验数据对比

4、实验成果

4.1静态规划应力

弹簧进行预加应力实验，记载加载弹簧逐步缩短的状况，以断定在没有预应力状况下的安全静态规划应力，一起记载弹簧的极限应力，成果见表4。

弹簧规划参数一般接受其极限应力，大约是UTS的70%，因而用这些规划断定实在的最大预加极限应力是不可能的。用规划的极限应力作为参阅是可行的，其成果比测得的实践最大值要保守一些。

4.2疲惫实验

疲惫实验在正弦加载机器上进行。弹簧以不到其固有频率1/13的速度进行实验以防止显着的共振影响，实验到1*10⁷次循环停止。感应加热CrSi钢和热卷CrSi钢实验到1*10⁶次循环。

抛丸和不抛丸的弹簧都进行疲惫实验。对φ5mm以下钢丝进行数据概率剖析，并断定疲惫强度按BS 3518的应力等级测验有关数据。

抛丸疲惫极限换算成钢丝抗拉强度的百分比成果见表5。

由表5可知，就疲惫功能而言，高强度琴钢丝与规范琴钢丝对比没有任何优势。CrSiV钢丝的成果不杰出，但感应加热处理弹簧、热卷弹簧以及不锈钢弹簧都显示出比BS有显着的改进。

4.3松懈实验数据

每种资料都有特定的应力和温度条件，实验条件见表6。

表6  松懈实验程序

注：SP为抛丸，UP为不抛丸，S为抛丸及热预加应力

弹簧预加应力并加热到225℃，紧缩到分档长度，坚持1.5s，然后淬冷4s。

用电子载荷实验设备丈量，用螺丝上紧的方法把弹簧紧缩到与预期应力共同的高度。在每一段预订的时刻以后取下弹簧冷却，一起按其初始紧缩高度加载实验。松懈率R_e为：

R_e=（P₀-P₁）/P₀*100%   （1）

式（1）中：P₀——在长度L（N）时的初始载荷；P₁——在长度L（N）时的新载荷。

试样分别在3，10，100，300h以后进行实验，有的在1000h后实验。载荷丢失的百分比按时刻对数描点作图，据图核算曲线斜率和载距。用式（2）推出有关的数据，并猜测10000h的松懈功能。

L₀=（a+b*lg t）*100%    （2）

式（2）中：L₀——载荷丢失，%；a——实验数据的载距；b——实验数据的斜率；t——实验时刻，h

新式高强度资料的实验数据与现有的在100℃，1000MPa条件下经10000h松懈后的载荷丢失对比见表7。

表7  松懈功能对比

4.4脆断敏感度

对疲惫失效的弹簧进行外观查看，以查找不正常或脆性开裂的缘由。失效看上去和实验规范商标弹簧钢丝时估计的状况十分相似。挑选弹簧在扫描电镜上查看过载开裂区。虽然这些资料强度十分高，显微空洞兼并是首要开裂机理。

每种资料的过载区都显示出相似的特色，这证实资料的抗拉强度增加后，并没有过多失掉延展性。

疲惫开裂起湖于钢丝外表，弹簧开裂没有从夹杂物处开端的。

5、定论

用所实验的高强度资料制簧时在静态规划应力方面显示出显着的优胜性，没有一种资料由于强度高而在弹簧加工或意外失效方面出现疑问。

在弹簧功能方面，选用高强度琴钢丝没有优胜性，可是，在琴钢丝中增加w（si）=1%的Si，除了能使钢丝到达适当的强度水平外，对弹簧的疲惫和松懈功能也有利。

高强度铬硅资料在松懈功能方面优胜显着，疲惫功能一般也比规范资料好，而CrSiV弹簧并没有比超纯洁阀门弹簧质量的铬硅资料显得更好。