如何选择弹簧的材料？

弹簧的性能和寿命主要取决于弹簧的材料。弹簧通常是在承受交变载荷和冲击载荷的工况下工作，因此，弹簧材料应具有高的弹性极限、疲劳强度和良好的热处理性能。

常用的弹簧材料有冷拉碳素弹簧钢丝、合金弹簧钢丝、不锈弹簧钢丝及铜合金等。近年来，非金属弹簧材料也得到很大的发展，如橡胶、塑料和软木等。几种常用弹簧材料的性能见表14.2。

表14.2　弹簧材料及其许用应力

注：1.钩环式拉伸弹簧因钩环过渡部分存在附加应力，其许用切应力取表中数值的80%。
2.对重要的，其损坏会引起整个机械损坏的弹簧，其许用切应力[]应适当降低。如受静荷载的重要弹簧，可按Ⅱ类选取许用应力。
3.经强压、喷丸处理的弹簧，许用切应力可损高约20%。
4.极限切应力可取为Ⅰ、Ⅱ类lim≤0.5σB，Ⅲ类lim≤0.56σB。
5.碳素弹簧钢丝按力学性能分为B、C、D 级，其抗拉强度σB 见表14.4。

选择弹簧材料时，要综合考虑弹簧的功用、重要程度、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。受力较小而又要求防腐蚀、防磁性等特性时，可采用有色金属。例如，碳素弹簧钢丝由于价格便宜，故多用于制造尺寸较小且不承受冲击载荷的弹簧，硅锰弹簧钢、铬钒弹簧钢用于承受冲击载荷的弹簧。

弹簧材料的许用应力扭转应力和许用弯曲应力是根据弹簧的材料、弹簧的类型和载荷的性质来确定的。弹簧所受载荷可分为静载荷和变载荷两种类型。静载荷是指弹簧承受恒定不变的载荷或载荷有变化，但循环次数N<104 次，静载荷时的[]或[σb]较变载荷时的大；变载荷是指弹簧承受循环次数N≥104 次的变化载荷。根据循环次数动载荷又分为：

①有限疲劳寿命。冷卷弹簧载荷循环次数N≥104 ～106 次；热卷弹簧载荷循环次数N≥104 ～105 次。

②无限疲劳寿命。冷卷弹簧载荷循环次数N≥107 次；热卷弹簧载荷循环次数N≥2×106 次。(www.xing528.com)

当冷卷弹簧载荷循环次数介于106 次和107次之间时，热卷弹簧载荷循环次数介于105 次和2 ×106 次之间时，可根据情况参照有限或无限疲劳寿命设计。

表14.2 中列出了常用弹簧材料及其[] 和[σb] 值，可供设计时参考。碳素弹簧钢丝和不锈弹簧钢丝的抗拉强度σB 按表14.3 选取，65Mn 弹簧钢丝的拉伸强度极限σB 按表14.4选取。

表14.3　弹簧钢丝的抗拉强度σB　（MPa）

续表

注：①钢丝试样时，时效处理推荐工艺制度为400～500 ℃，保温0.5～1.5 h，空冷。

表14.4　65Mn 弹簧钢丝的抗拉强度σB