弹簧材料,弹簧的材料、选材与制造

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。

具体还可以点击下载：弹簧常用材料文档