第八章　弹簧钢的品种特性及用途

　　　　　　　第一节 弹簧钢的基本特性

　　弹簧和弹性元件的种类繁多，形状、尺寸、重量各异。其工作条件非常恶劣，要承受多种形式的应力（如拉、压、弯曲、扭转、冲击、疲劳等）。一些弹簧还要能在如高温、低温、腐蚀等环境下工作。因此，要求制造弹簧用的弹簧钢必须具有优良的性能和质量。此外，还应具有制造弹簧所需要的工艺性能。

　一、弹簧钢的性能要求

　　（1）力学性能 主要是弹簧钢的弹性极限、比例极限、抗拉强度、硬度、塑性、韧性、屈强比等。根据弹簧的用途和工作条件，使这些性能很好地组合，以得到最好的综合力学性能。

　　（2）疲劳性能 弹簧钢承受交变工作应力的能力，是决定弹簧疲劳寿命的重要因素，是弹簧破坏的最主要形式之一。影响疲劳性能的主要因素有强度（硬度）、表面缺陷和表面脱碳、残余内应力，以及显微组织的类型、均匀性和粒度等。

　　（3）抗弹性性能（即抗弹性减退能力，又称抗松弛性能）弹簧在长期静、动载荷作用下承受载荷、抗变形的能力，也就是在室温下的蠕变抗力。松弛抗力低，弹簧在工作一定时间后明显变形，承载能力大大下降，以致失效。这是弹簧破坏的另一最主要形式。为了提高弹簧钢的设计能力，减轻弹簧重量，必须提高抗弹减性能。采用固溶强化、析出强化、细化晶粒强化等可提高抗弹减性能。这可通过调整化学成分和处理工艺来达到。

　　（4）淬透性 钢经加热奥氏体化后接受淬火能力，表示钢经淬火后从表面到内部的硬度分布状况。要求弹簧钢的淬透性优良、稳定，热处理变形波动小，使制成的弹簧其尺寸、形状及组织和性能稳定。这是对弹簧钢非常重要的要求。

　　（5）热处理工艺性能 要求弹簧钢的热处理工艺性能优良，包括淬火变形小、不易过热、组织和晶粒细小、回火稳定性高、不易氧化、脱碳和石墨化倾向小等。

　　（6）加工成形性能 弹簧钢一般需经加工成形（热加工或冷加工）制成弹簧。因此，要具有优良的加工成形性能，如下料、冲孔、矫形、弯曲、扭转、缠绕等。

　　为了满足上述性能要求，弹簧钢必须具有优良的冶金质量，包括严格控制的化学成分、高的纯洁度、低的杂质含量、代的　　非金属夹杂物含量，并控制其形态、粒度和分布。此外还要求钢质的均匀性和稳定性。弹簧钢还应具有良好的表面质量（包括表面脱碳）和高精度的外形和尺寸。

　二、各种弹簧钢和基本特性

　　（1）碳素弹簧钢 碳含量（质量分数）一般为0.60%-0.90%，有较高的强度、硬度和弹性，但塑性、韧性不高，淬透性、耐热性差。

　　（2）锰系弹簧钢 以锰为合金元素的弹簧钢。锰可提高钢的强度、淬透性，改善钢的组织均匀性和热加工性能。锰系弹簧钢的性能优于碳素弹簧钢，其淬透性和强度较高，脱碳倾向较小，但有过热敏感性和回火脆性，并易产生淬火裂纹。

　　（3）硅锰系弹簧钢 以硅锰为合金元素的弹簧钢。硅锰系弹簧钢具有良好的弹性极限、强度极限、屈强比、疲劳强度，一定的淬透性和较高的抗弹减性能。

　　钢中加入硅可显著提高弹性极限和屈强比，并使钢在淬火时不致敏感，可提高回火稳定性，从而可在更高的温度下回火时得到良好的综合力学性能。但脱碳敏感性较大，热处理时易出南石墨化。硅虽能有很强的固溶强化作用，但易降低钢的塑性和韧性。钢中加入锰的作用如锰钢中所述，钢中同时加入这两种元素可发挥各自的优点。

　　这种钢的不足是热处理时易出现石墨化，脱碳敏感性大，淬透性不算高，在加热时晶粒也较易粗化等。

　　以硅、锰为主合金元素，加入少量的钒和（或）硼可提高弹簧钢的性能。加入钒可提高强度、屈强比，尤其是比例极限和弹性极限，可降低热处理时的脱碳敏感性。这是因为钒是极强的碳化物形成元素。可细化组织和晶粒，提高晶炷粗化温度，增加淬火后的回火稳定性，并产生二次硬化效应，加入硼可提高钢的淬透性。

　　（4）铬锰系弹簧钢 以铬、锰为合金元素的弹簧钢。与硅锰系弹簧钢相比，铬锰系弹簧钢淬透性高、脱碳倾向小、不易出现石墨化现象、抗氧化和耐腐蚀性能好。总之，铬锰系弹簧钢的综合性能高于硅锰系弹簧钢。

　　铬锰系弹簧钢的抗弹减性能不如硅锰系弹簧钢。其过热敏感性虽比锰钢低，但比硅锰系弹簧钢高，而且与硅铬弹簧钢一样对回火脆性敏感。

　　（5）硅铬系弹簧钢 以硅、铬为合金元素的弹簧钢。由于钢中加入了铬，可提高力学性能和淬透性。与硅锰钢相比，当塑性指标相近时硅铬系弹簧钢具有较高的抗拉强度和屈服强度，在硬度相同时又有较好的冲击韧性。此外，硅铬系弹簧钢的过热敏感性较低，而且在高温工作条件下具有稳定的力学性能。硅铬系弹簧钢综合了铬锰系和硅锰系弹簧钢的优点，具有良好的综合性能，特别是抗弹减性能优良。

　　硅铬系弹簧钢中加入钒，使其强度提高，但塑性并不降低，耐热性更好。

　　（6）铬钒系弹簧钢 以铬为主，以钒为辅的合金弹簧钢：铬钒系弹簧钢淬透性高，综合力学性能好。因其碳含量较低，在相同强度水平下比其他弹簧钢的塑性、韧性、疲劳性能好。其缺口敏感性低、低温冲击韧性好，回火稳定性高，在高温下工作时性能比较稳定。

　　（7）铬锰钼系弹簧钢 以铬、锰、钼为合金元素的弹簧钢。由于铬、锰、钼的联合作用，铬锰钼系弹簧钢有极好的淬透性，在所有标准弹簧钢中是最高的。

　　（8）钨铬钒系弹簧钢 以钨、铬、钒为合金元素的弹簧钢。钨铬钒系弹簧钢属于高强度耐热弹簧钢。钢中的钨形成难溶的碳化物，提高回火稳定性，能得到高的室温强度和高温强度及硬度。钨还有减小过热敏感性、抑制回火脆性的作用。

　　（9）不锈弹簧钢 可在腐蚀性环境中工作，具有耐腐蚀性能的弹簧钢。主要选用奥氏体型和沉淀硬化型不锈钢，有时也选　　用马氏体型不锈钢。