碳素弹簧钢丝现行***和行业推荐标准分两种类型:
冷拉弹簧钢丝
一类是冷变形强化钢丝,又称冷拉弹簧钢丝。冷拉碳素弹簧钢丝首先经铅淬火处理获得索氏体***,然后表面磷化,以很大减面率拉拔到成品尺寸,钢丝***呈纤维状,有很高的抗拉强度和弹性极限,良好的弯曲和扭转性能。冷拉弹簧钢丝尺寸精度高,表面光洁,无氧化和脱碳缺陷,疲劳寿命比较稳定,是使用***广泛的弹簧钢丝。
油淬火回火钢丝
碳素弹簧钢丝的另一类型是马氏体强化钢丝,又称油淬火回火钢丝。碳素钢丝通过淬回火处理,可获得良好的综合力学性能,当钢丝规格较小时(φ≤2.0mm),油淬火回火钢丝的各项强度指标比索氏体化处理后冷拉钢丝要低。当钢丝规格较大时(φ≥6.0mm)索氏体化的钢丝不可能采用很大减面率来获得所要求的强度指标,而油淬火回火钢丝只要完全淬透就可以获得比冷拉钢丝更高的性能。在抗拉强度相同条件下,马氏体强化钢丝比冷变形强化钢丝具有更高的弹性极限。冷拉钢丝金相***呈纤维状,各向异性明显,油淬火回火钢丝金相***为均匀的回火马氏体,几乎是各向同性的。同时油淬火回火钢丝的抗松弛性能优于冷拉钢丝,使用温度(150~190℃)也高于冷拉钢丝(≤120℃)。近年来中大规格油淬火、回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。
应用范围及工艺特点
下面按标准介绍各类碳素弹簧钢丝的应用范围及工艺特点。
(1)YB/T5220-93 《非机械弹簧用碳素弹簧钢丝》
该标准适用于沙发垫簧,座垫,靠背拉簧,卡簧,夹簧等非机械弹簧用碳素弹簧钢丝。标准按抗拉强度要求不同将钢丝分成A1,A2,A3…A9九个组别,每个组别钢丝不分规格大小按一个强度范围供货,抗拉强度偏差≤200Mpa。A1,A2和A3组用于制造较低应力弹簧。A3,A4和A5用于制造一般应力弹簧。A7,A8和A9用于制造较高应力弹簧。床垫簧一般选用A3和A4组别。
从使用状态分析,该标准钢丝基本属于静态簧,成品钢丝仅考核抗拉强度、缠绕和单次弯曲三项性能,详见表3。 表3 YB/T5220-93 非机械弹簧用碳素弹簧钢丝
说明:
①Φ≤4.0mm钢丝在2d芯棒上缠绕两圈无裂纹或折断。
②Φ>4.0mm钢丝进行弯曲试验,试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲90o,弯曲处不得有裂纹或折断。
A1-A3组钢丝一般选用45~70钢,A3~A6组选用65Mn或70钢,A7~A9组钢丝选用70或T8MnA(82B)生产。由于按该标准供货的钢丝基本用于制作静态弹簧,对疲劳寿命的要求相对宽松,钢丝可以采用控轧控冷盘条直接拉拔成品。钢丝成前热处理也可以用正火代替铅浴处理。同时允许选用转炉***钢作为原料。
(2)GB/T4357-89 《碳素弹簧钢丝》
该标准是冷拉碳素弹簧钢丝的通用标准,主要用于制作在各种应力状态下工作的静态弹簧。根据弹簧工作应力状态钢丝可分三个级别供货:B级用于低应力弹簧,C级用于中等应力弹簧,D级用于高应力弹簧。成品钢丝考核抗拉强度、扭转、缠绕和弯曲四项性能,常见规格的力学性能如表4。 表4 GB/T4357-89 碳素弹簧钢丝
说明:
①Φ≤4.0mm的D级钢丝和Φ≤6.0mm的B级、C级钢丝在等于钢丝直径的芯棒上缠绕2圈、 缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。
②Φ>4.0mm的D级钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕2圈,缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。
③Φ>6.00mm的钢丝应进行弯曲检验,试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲900,弯曲后不得产生裂纹和断裂。
B级和C级钢丝一般选用70(67A、72A)或65Mn(67B),D级选用T9XtA和T8MnA(82B)生产。
本标准钢丝主要用于制作静态机械弹簧,其服役期振动频次要高于非机械弹簧,对疲劳寿命有一定的要求,成品也增加扭转性能的考核。因此对钢丝用盘条应采用电炉或电炉+炉外精炼法冶炼,盘条中P≤0.030%、S≤0.020%等。成品钢丝显微***中如含有游离铁素体,会降低弹簧疲劳寿命,而控轧控冷盘条中一般均存有5%~1.5%的游离铁素体,一般不宜采用盘条直接生产成品钢丝。按此标准供应的钢丝原则上成前应经铅浴处理,消除游离铁素体***,成品钢丝显微***应为纤维化索氏体***。
(3)GB/T4358-1995《重要用途碳素弹簧钢丝》
按该标准供货的钢丝,主要用于制作在各种应力状态下工作的动态弹簧。根据弹簧工作应力状态,钢丝分3个组别供货:E组适用于中等应力动态弹簧,F组适用于高应力动态弹簧,G组适用于高疲劳寿命的动态弹簧。成品钢丝考核抗拉强度,扭转,缠绕,弯曲和脱碳五项性能指标,常见规格的力学性能如表5。 表5 GB/T4358-1995 重要用途碳素弹簧钢丝
说明:
①Φ<4.0mm的钢丝在等于钢丝直径的芯棒上、Φ≥4.0mm钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕5圈,不得有裂纹或折断。
②Φ>1.0mm钢丝进行弯曲试验,试样沿R圆弧向不同方向弯曲900,弯曲处不得有裂纹或折断,Φ≤4.0mm,R=5mm;Φ>4.0mm,R=10mm。
③G组钢丝脱碳层≤1.0d%。
由于按该标准供货的钢丝用于制作中、高应力状态下工作的动态弹簧,成品钢丝除保持高的弹性极限和良好的韧性指标外,还必须考虑到疲劳极限和弹簧的疲劳寿命。为此,对钢的纯净度,非金属夹杂含量和气体含量,铁素体含量及表面脱碳程度有更高的要求。钢丝用盘条必须采用电炉+炉外精炼法冶炼,对盘条的化学成分有更高的要求:P≤0.025%、S≤0.020%,Cr ≤0.10%、Ni≤0.15%(0.12%)、Cu≤0.20%。实际生产中为提高疲劳寿命往往将Mn控制在高限,E组选用70或70Mn(72B),F组选用T8MnA或T9RtA,G组选用65Mn(Mn可调整到0.9-1.2%)或67B。降低钢中P、S含量,提高Mn含量和采用炉外精炼的目的是:消减钢中非金属夹杂含量,改善夹杂物形态和降低气体含量,提高疲劳极限和疲劳寿命。如果钢丝显微***中含有游离铁素体,会较大幅度地降低疲劳寿命,按该标准供货的钢丝,成前必须进行铅淬火处理。
G组钢丝用于制作在剧烈振动状态下工作的阀门弹簧,对疲劳寿命要求极高,所以选用韧性更好的65Mn盘条,抗拉强度虽有所下降,但疲劳寿命更有保证。钢丝表面脱碳,形成铁素体***严重影响疲劳性能,标准对G组钢丝增加脱碳层检验,规定总脱碳层深度不得大于1.0%d,但对较大规格钢丝(Φ>4.0mm)受减面率限制,由热轧盘条带来的脱碳层很难***,标准补充规定:"征得需方同意,可供应脱碳层不超直径1.5%d的钢丝"。