弹簧钢的高强度化和市场发展趋势
发布日期：2019-02-26 浏览次数：323
弹簧钢的高强度化和市场发展趋势
由于悬挂弹簧的质量与设计应力的平方成正比,减轻弹簧质量zui有效的方法便是提高弹簧的设计应力。在弹簧性能不变的前提下,随着设计应力的提高,弹簧线径和有效卷数减少,弹簧可减重40%～50%。因此,伴随着汽车轻量化和铁路列车的高速重载化,弹簧的设计不断提高。如轿车悬挂弹簧的设计应力,在20世纪70年代为900MPa,80年代提高到1000～1100MPa,目前国外轿车螺旋悬挂弹簧已开始普遍采用设计应力为1200MP*的新一代超高强度弹簧钢。这种弹簧钢将是今后轿车用弹簧钢的主流。日本和韩国分别在1991年和1996年还先后成功地开发出设计应力1300MP*的UHS2000、ND250S(RK360)等新型弹簧钢,但由于成本较高,目前这些新型弹簧钢仅局限在轿车上应用。
为了提高弹簧的设计应力,需提高弹簧钢的硬度(强度),如为了获得1200MP*的设计应力,要求弹簧钢的硬度达到HRC53。但是对于现有的弹簧钢如高Si-Mn系的SUP7,在这么高的硬度水平下疲劳强度和弹减抗力会急剧下降。目前弹簧钢的发展趋势是向经济性和高性能化方向发展。国外现有弹簧钢钢号比较齐全,力学性能、淬透性和疲劳性能等基本上可以满足目前的生产和使用要求。目前,一方面是充分发挥现有弹簧钢的潜力,如改进生产工艺、采用新技术、对成分进行某些调整等,进一步提高其性能,扩大应用范围,如针对发动机用高性能气门而提出的超纯净弹簧钢;另一方面是进行新钢种的研究开发,由于影响提高弹簧设计应力的两个zui主要因素是抗疲劳和抗弹性减退,因而这两个因素成为当今弹簧钢钢种研究开发的主题,如近来开发出UHS1900、UHS2000、ND120S等耐腐蚀疲劳的高强度弹簧钢和SRS60、ND250S等弹减抗力优良的高强度弹簧钢.值得注意的是,高强度弹簧钢新钢种的开发,必须在提高钢的力学性能和应用性能的同时兼顾其经济性,才能被广大用户所接受。
如前所述,传统的弹簧钢的强度水平难以满足现代工业发展的要求。解决这一问题的一个重要途径便是如何充分发挥合金元素的作用,达到*合金化效果。
碳是钢中的主要强化元素,对弹簧钢性能的影响往往超过其他合金元素。弹簧钢需要较高的强度和疲劳极限,一般在淬火+中温回火的状态下使用,以获得较高的弹性极限。为保证强度,弹簧钢中必须含有足够的碳。但随钢中碳含量的上升,钢的塑性、韧性会急剧下降。当前世界各国所广泛使用的弹簧钢,碳含量绝大部分在0.45%～0.65%。为了克服弹簧钢强度提高后韧性和塑性降低的难题,也有把碳含量降低的趋势。当前纳入标准的弹簧钢中含碳较低的有日本的SUP10(0.47%～0.55%)、美国的6150(0.48%～0.53%)、德国的38Si7(0.35%～0.42%)、法国的45C4(0.41%～0.48%)等。国内对低碳马氏体弹簧钢进行了深入的研究,并开发出了一系列的低碳弹簧钢,如28SiMnB、35SiMnB、26Si2MnCrV等,其碳含量在0.30%左右。研究结果表明,这些弹簧钢可以在低温回火的板条状马氏体组织下使用,有足够强度和优良的综合力学性能,尤其是塑、韧性*。日本zui近研究开发的几种高强度弹簧钢,如UHS1900、UHS2000、ND120S、ND250S等,碳含量均在0.40%左右。
可见,降低弹簧钢中的碳含量是研究开发新一代超高强度弹簧钢的一个重要手段。此时,因碳含量降低所造成的强度和硬度降低可通过优化合金元素和降低回火温度来实现。
