彈簧鋼絲的標準及用途(一)
關鍵詞?彈簧鋼絲、標準?、適用范(fan)圍(wei)
彈簧是機械行業和日常生活中最常用的零件。彈簧在彈性范圍內使用，卸載后應回復到原來位置，希望塑性變形越小越好，因此鋼絲應具有高的彈性極限，屈服強度和抗拉強度。屈強比越高，彈性極限就越接近抗拉強度，因而越能提高強度利用率，制成的彈簧彈力越強。
彈簧依靠彈性變形吸收沖擊能量，所以彈簧鋼絲不一定要有很高的塑性，但起碼要有能承受彈簧成型的塑性，以及足夠的能承受沖擊能量的韌性。
彈簧通常在交變應力作用下長期工作，因此要有很高的疲勞極限，以及良好的抗蠕變和抗松弛性能。
在特定環境中使用的彈簧，對鋼絲還會有一些特殊要求，例如：在腐蝕介質中使用的彈簧，必須有良好的抗腐蝕性能。精密儀器中使用的彈簧，應具有長期穩定性和靈敏性，溫度系數要低，品質因素要高，后效作用要小，彈性模量要恒定。在高溫條件下工作的彈簧，要求在高溫時仍能保持足夠的彈性極限和良好的抗蠕變性能等。
此外，還應考慮彈簧鋼絲的成形工藝和熱處理工藝。冷拉彈簧鋼絲和油淬火回火彈簧鋼絲都以供貨狀態鋼絲直接繞制彈簧，彈簧成形后經消除應力處理直接使用。冷拉彈簧鋼絲的抗拉強度要略高于油淬火回火鋼絲。大規格冷拉鋼絲彈力太大，繞制彈簧很困難，所以冷拉彈簧鋼絲使用規格一般小于8.0mm，油淬火回火鋼絲使用規格一般小于13.0mm。實際上直徑13.0mm彈簧多選用輕拉狀態彈簧鋼絲，冷拉繞制成形后再淬回火使用。直徑15.0mm以上鋼絲大多采用加熱繞制工藝制簧。
彈簧根據運行狀態可分為靜態簧和動態簧。靜態彈簧指服役期振動次數有限的彈簧，如安全閥彈簧，彈簧墊，秤盤彈簧，定載荷彈簧，機械彈簧，手表游絲等。動態彈簧指服役期振動次數達1 ×106次以上的彈簧，如發動機閥門彈簧，車輛懸掛簧，防震彈簧，聯軸器彈簧，電梯緩沖彈簧等。靜態彈簧選材時主要考慮抗拉強度和穩定性，動態彈簧選材時主要考慮疲勞，松弛及共振性能。
彈簧根據負荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態。輕載荷指承受靜態應力，應力較低，變形量較小的彈簧，如安全裝置用彈簧，吸收振動用彈簧等。設計使用壽命103～104次。
一般載荷指設計壽命105～106次，在振動頻率300次/min條件下使用的普通彈簧。在許用應力范圍內，壽命保證1 ×106次，載荷應力越低，壽命越長。
重載荷指長時間工作、振動頻繁的彈簧。如閥門彈簧，空氣錘、壓力機、液壓控制器彈簧，其載荷較高，常常在低于許用應力10%左右使用，使用壽命大于1 ×106次，通常為107次。
彈簧選材的原則是：首先滿足功能要求，其次是強度要求，最后才考慮經濟性。
碳素彈簧鋼是彈簧鋼中用途廣泛，用量最大的鋼類。鋼中含0.60%～0.90%的碳和0.3%～1.20%的錳，不再添加其它合金元素，使用成本相對較低。碳素彈簧鋼絲經適當的加工或熱處理，可以獲得很高的抗拉強度，足夠的韌性和良好的疲勞壽命。但碳素鋼絲的淬透性低，抗松弛性能和耐蝕性能差，彈性模量的溫度系數較大(高達300 ×10-6/℃)，適用于制造截面較小，工作溫度較低(120℃>)的彈簧。
合金彈簧鋼一般含0.45%～0.70%的(de)(de)碳和(he)一定量的(de)(de)Si，Mn，Cr，V，W及B等合(he)金元素(su)(su)。合(he)金元素(su)(su)的(de)(de)加入(ru)改(gai)善彈簧鋼的(de)(de)抗松弛性能，提高鋼的(de)(de)韌(ren)性，同時顯著提高鋼的(de)(de)淬(cui)透(tou)性和(he)使(shi)用(yong)溫度，適用(yong)于制造(zao)較大截(jie)面，較高溫度下使(shi)用(yong)的(de)(de)彈簧。國內外(wai)彈簧鋼常用(yong)牌號對照如表1。
2?彈簧鋼絲標準、適用范圍及工藝特點
我國彈簧鋼絲標準是參照ISO和JIS標準，分鋼類制定的。現行國家及行業推薦標準包括碳素彈簧鋼絲標準6個，合金彈簧鋼絲標準4個，標準明細如表2。
表2 ?彈簧鋼絲標準明
2.1?碳素彈簧鋼絲標準、適用范圍及工藝特點
碳素彈簧鋼絲現行國家和行業推薦標準分兩種類型：一類是冷變形強化鋼絲，又稱冷拉彈簧鋼絲。冷拉碳素彈簧鋼絲首先經鉛淬火處理獲得索氏體組織，然后表面磷化，以很大減面率拉拔到成品尺寸，鋼絲組織呈纖維狀，有很高的抗拉強度和彈性極限，良好的彎曲和扭轉性能。冷拉彈簧鋼絲尺寸精度高，表面光潔，無氧化和脫碳缺陷，疲勞壽命比較穩定，是使用最廣泛的彈簧鋼絲。
碳素彈簧鋼絲的另一類型是馬氏體強化鋼絲，又稱油淬火回火鋼絲。碳素鋼絲通過淬回火處理，可獲得良好的綜合力學性能，當鋼絲規格較小時（ φ≤2.0mm），油淬火回火鋼絲的各項強度指標比索氏體化處理后冷拉鋼絲要低。當鋼絲規格較大時（φ≥6.0mm）索氏體化的鋼絲不可能采用很大減面率來獲得所要求的強度指標，而油淬火回火鋼絲只要完全淬透就可以獲得比冷拉鋼絲更高的性能。在抗拉強度相同條件下，馬氏體強化鋼絲比冷變形強化鋼絲具有更高的彈性極限。冷拉鋼絲金相組織呈纖維狀，各向異性明顯，油淬火回火鋼絲金相組織為均勻的回火馬氏體，幾乎是各向同性的。同時油淬火回火鋼絲的抗松弛性能優于冷拉鋼絲，使用溫度（150～190℃）也高于冷拉鋼絲（≤120℃）。近年來中大規格油淬火、回火鋼絲大有取代冷拉鋼絲趨勢。下面按標準介紹各類碳素彈簧鋼絲的應用范圍及工藝特點。
（1）YB/T5220-93 ?《非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲》
該標準適用于沙發墊簧，座墊，靠背拉簧，卡簧，夾簧等非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲。標準按抗拉強度要求不同將鋼絲分成A1，A2，A3 …A9九個組別，每個組別鋼絲不分規格大小按一個強度范圍供貨，抗拉強度偏差≤200Mpa。A1，A2和A3組用于制造較低應力彈簧。A3，A4和A5用于制造一般應力彈簧。A7，A8和A9用于制造較高應力彈簧。床墊簧一般選用A3和A4組別。
從使用狀態分析，該標準鋼絲基本屬于靜態簧，成品鋼絲僅考核抗拉強度、纏繞和單次彎曲三項性能，詳見表3。
表(biao)3 ?YB/T5220-93?非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲