弹簧的性能和使用寿命,在很大程度上取决于弹簧材料的选择,因此对制造弹簧的材料总的要求是有较高的弹性极限和疲劳强度,同时还要有足够的韧性和塑性。但是由于弹簧的用途很广,工作条件不同,所以在选择弹簧材料时还应根据它的工作环境和对弹簧特性的要求而定,此外还要考虑材料的工艺性、热处理特点和生产成本等因素。
弹簧的常用材料有:碳素钢、合金钢、铜合金、非金属等。在弹簧钢标准GB/T1222—2007中共有15个钢种,其中碳素钢3种,锰钢1种,硅锰钢4种,含硼钢1种,铬锰钢3种,硅铬钢、铬钒钢和钨铬钢各1种。
据弹簧生产的特点,弹簧钢材通常可分为热成形和冷成形两大类:热成形弹簧钢材的直径或高度一般为8~12mm,主要有热轧弹簧圆钢、方钢及扁钢、梯形弹簧钢,冷拉合金弹簧圆钢等,用作较大型的弹簧。冷成形弹簧钢材有弹簧钢丝、弹簧钢带和弹簧钢板,这类弹簧均应进行热处理。
用铜合金制成的弹簧有优良的导电性、非磁性、导热性以及良好的耐蚀性和耐磨性,冷拔(轧)强化后有较高的强度,冲击时不产生火花等特点。用作弹簧的铜合金主要有硅青铜、铝青铜、锡青铜、铍青铜和黄铜等。
弹簧材料要根据弹簧的功能、载荷大小、载荷性质、循环特性、工作强度、周围介质及重要程度来选择。如无导电要求,最好不选铜合金。在酸、碱类腐蚀性介质下工作的弹簧一般选用不锈耐酸钢或镍合金等耐蚀材料。在一般工况下使用的弹簧选用普通弹簧钢,成形后以镀锌、镀镉或镀铜等方法防蚀。弹簧合金价格昂贵,如非特殊耐蚀环境应尽量避免选用。
根据弹簧的重要程度和载荷性质,弹簧可分为三类。Ⅰ类:受变载荷次数1×106以上的弹簧;Ⅱ类:受变载荷次数在1×103~1×106内及受冲击载荷的弹簧;Ⅲ类:受静载荷及受变载荷次数在1×103以下的弹簧等。常用弹簧材料及性能列于表15-2~表15-10中。
表15-2 常用弹簧材料及性能(摘自GB/T 23935—2009)
(续)
表15-3 弹簧材料的切变模量G、弹性模量E和推荐使用的温度范围(摘自GB/T 23935—2009)
(续)
注:当弹簧工作环境温度超出常温时,应适当调整许用应力。
表15-4 碳素弹簧钢丝和重要用途碳素弹簧钢丝抗拉强度 (摘自GB/T 23935—2009)
(续)
注:表列抗拉强度Rm为材料标准的下限值。
表15-5 油淬火-回火弹簧钢丝的分类、代号及直径范围(GB/T 18983—2003)(www.xing528.com)
注:1.静态级钢丝适用于一般用途弹簧,以FD表示。
2.中疲劳级钢丝用于离合器、悬架弹簧等,以TD表示。
3.高疲劳级钢丝适用于阀门弹簧等,以VD表示。
表15-6 油淬火-回火弹簧钢丝代号与常用牌号的对应关系(GB/T 18983—2003)
表15-7 油淬火-回火弹簧钢丝力学性能(GB/T 18983—2003)
(续)
注:1.FDSiMn和TDSiMn直径≤5.00mm时,断面收缩率≥35%;直径>5.00~14.00mm时,断面收缩率应≥30%。
2.表列抗拉强度Rm为材料标准的下限值。
表15-8 弹簧用不锈钢丝力学性能[YB(T)11—1983]
注:表列抗拉强度Rm为材料标准的下限值。
表15-9 铍青铜线力学性能(YS/T 571—2009)
表15-10 铜及铜合金线材力学性能(GB/T 21652—2008)
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