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高強度大規格彈簧鋼防控表面脫碳的新方法

2018-09-27 09:45:00     作者:陳定乾

  直徑大于20mm棒材制作成的螺旋彈簧廣泛用于鐵路車輛、產業機械和工程機械。隨著螺旋彈簧的反復壓縮拉伸,彈簧的棒材承受著彎曲-彎曲回復的應力。應力的最大值都是出現在棒材表面,所以,螺旋彈簧棒材的表面狀態對彈簧的疲勞強度有很大影響。疲勞試驗后的螺旋彈簧斷口的外觀顯示,螺旋彈簧斷口的起點在彈簧內徑側的表面。

  在制作螺旋彈簧時,由于棒材直徑大,彈簧的熱成形,成形為螺旋彈簧后,直接進行淬火,使彈簧具有要求的強度。由于螺旋彈簧是在表面殘留熱處理脫碳的狀態下使用,脫碳使彈簧的表面硬度減小,并由此引發疲勞強度的下降。因此,對于許多螺旋彈簧來說,抑制熱成形—淬火脫碳是十分重要的問題。

  如何控制脫碳?目前采用的較為有效的措施為添加合金元素。一般是添加SbSn抑制淬火脫碳。

  同樣的化學成分,其中一個是添加SbSn的鋼(SbSn添加鋼)、另一個是未添加SbSn的鋼(無SbSn鋼)。無SbSn鋼的表層C濃度約為0.2%、脫碳深度約0.3mm,而SbSn添加鋼的表層碳濃度約為0.45%、脫碳深度約0.1mmSbSn抑制脫碳的作用得到確認,其原因是SbSn的添加使C的擴散系數變小、脫碳受到抑制。

  添加SbSn的鋼,噴丸后殘余應力變大。為提高螺旋彈簧的疲勞特性,一般要對螺旋彈簧進行噴丸處理。但由于脫碳層的屈服強度顯著下降,使噴丸處理賦予彈簧的殘余應力顯著變小。SbSn添加鋼從表層到0.2mm深度范圍內,最大主應力方向的壓縮殘余應力為―600MPa~―800MPa,而無SbSn鋼的該值是―300MPa 400MPaSbSn添加鋼的壓縮殘余應力比現行彈簧鋼約高出300MPa。其原因還是SbSn的添加抑制了脫碳。

  值得注意的是,合金元素對彈簧鋼的淬透性和其他主要特性有很大影響,因此,對實際彈簧鋼來說,不能輕易改變這些元素的含量。添加微量元素可以對彈簧鋼的其他特性進行抑制,因此,微量元素也可以用于其他各種鋼材的特性控制,從而開發出高性能鋼材以滿足用戶的需求。

  此技術可以有效解決,高強度大規格彈簧鋼使用不久發生斷裂的問題。

編輯:陳曦     來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網
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