微信掃一掃高強(qiáng)度大規(guī)格彈簧鋼防控表面脫碳的新方法
直徑大于20mm棒材制作成的螺旋彈簧廣泛用于鐵路車輛、產(chǎn)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械。隨著螺旋彈簧的反復(fù)壓縮拉伸，彈簧的棒材承受著彎曲-彎曲回復(fù)的應(yīng)力。應(yīng)力的都是出現(xiàn)在棒材表面，所以，螺旋彈簧棒材的表面狀態(tài)對彈簧的疲勞強(qiáng)度有很大影響。疲勞試驗(yàn)后的螺旋彈簧斷口的外觀顯示，螺旋彈簧斷口的起點(diǎn)在彈簧內(nèi)徑側(cè)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(jìn)行淬火，使彈簧具有要求的強(qiáng)度。由于螺旋彈簧是在表面殘留熱處理脫碳的狀態(tài)下使用，脫碳使彈簧的表面硬度減小，并由此引發(fā)疲勞強(qiáng)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？目前采用的措施為添加合金元素。一般是添加Sb、Sn抑制淬火脫碳。
同樣的化學(xué)成分，其中一個是添加Sb、Sn的鋼（SbSn添加鋼）、另一個是未添加Sb、Sn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0.1mm。Sb、Sn抑制脫碳的作用確認(rèn)，其原因是SbSn的添加使C的擴(kuò)散系數(shù)變小、脫碳受到抑制。
添加Sb、Sn的鋼，噴丸后殘余應(yīng)力變大。為提高螺旋彈簧的疲勞特性，一般要對螺旋彈簧進(jìn)行噴丸處理。但由于脫碳層的屈服強(qiáng)度顯著下降，使噴丸處理賦予彈簧的殘余應(yīng)力顯著變小。SbSn添加鋼從表層到0.2mm深度范圍內(nèi)，主應(yīng)力方向的壓縮殘余應(yīng)力為―600MPa～―800MPa，而無SbSn鋼的該值是―300MPa～―400MPa。SbSn添加鋼的壓縮殘余應(yīng)力比現(xiàn)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(shí)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(jìn)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(fā)出高性能鋼材以滿足用戶的需求。
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