影響彈簧鋼盤條質(zhì)量的主要因素及控制措施

【摘 要】彈簧鋼盤條不僅作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航空、汽車、機(jī)械、鐵路，同時(shí)也是最基礎(chǔ)的零件材料。由于彈簧鋼盤條應(yīng)用領(lǐng)域廣、品種多，所以隨著社會(huì)不斷發(fā)展，對(duì)彈簧鋼的質(zhì)量要求不斷提高。本文就影響彈簧鋼盤條質(zhì)量的主要因素進(jìn)行分析，并給出一些相應(yīng)的控制措施。

【關(guān)鍵詞】彈簧鋼盤條；影響質(zhì)量因素；措施

引言

彈簧鋼品種種類很多，不僅用來(lái)制作各種儀器、機(jī)器中的重要零件，還作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于汽車、航空等領(lǐng)域。彈簧工作的原理就是利用金屬的彈性變形，使其在動(dòng)載荷下工作，主要是起到緩沖作用，減少?zèng)_擊力。這就要求彈簧鋼必須有很高的疲勞極限和彈性極限，其實(shí)也可以說(shuō)是要質(zhì)量好，才能增加彈簧鋼的疲勞壽命。

一、影響彈簧鋼盤條質(zhì)量的因素

（一）非金屬夾雜物

破壞彈簧的主要形式就是疲勞斷裂，而引發(fā)疲勞裂紋擴(kuò)展的疲勞裂紋源就是點(diǎn)狀不變形夾雜物和皮下脆性?shī)A雜物，其也是導(dǎo)致彈簧破損和彈簧失效的主要原因[1]。點(diǎn)狀不變形夾雜物有硫化鈣、鋁酸鈣等，皮下脆性?shī)A雜物則有剛玉、尖晶石等。TiN和Al2O3夾雜物是鋼中非金屬夾雜物在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的。TiN和Al2O3夾雜物的影響影有兩方面，其中一方面是受鋼基體性質(zhì)和基體組織的制約，與基體結(jié)合力弱的球狀不變形夾雜物及基體結(jié)合力弱的尺寸大的脆性?shī)A雜物危害相當(dāng)大；而另一方面是取決于夾雜物的數(shù)量、類型、形狀、分布及尺寸。而且，如果夾雜物對(duì)疲勞極限危害很大，就證明鋼的強(qiáng)度水平很高。目前，在我國(guó)優(yōu)質(zhì)彈簧鋼中不能有大于15 的脆性?shī)A雜物，而且高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)彈簧鋼的氧含量還不能超過(guò)15ppm。

（二）脫碳

鋼材在加熱時(shí)，表面碳元素被氧化，鋼材表面碳含量減少，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。鋼坯表面的脫碳部分我們稱之為脫碳層。如果鋼有了脫碳傾向就說(shuō)明鋼的含碳量大于0.35%～0.4%。由于彈簧鋼表面存在脫碳層，表面脫碳層在淬火后達(dá)不到彈簧鋼標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度和硬度，造成彈簧彈性不好；表面脫碳層在交變應(yīng)力的作用下很容易產(chǎn)生裂紋，從而使彈簧易過(guò)早產(chǎn)生疲勞失效，彈簧使用壽命降低。彈簧鋼表面只要脫碳0.1mm，彈簧鋼的疲勞極限下降就非常明顯。彈簧鋼在淬火過(guò)程中，脫碳層有可能出現(xiàn)軟點(diǎn)、裂紋等缺陷。淬火過(guò)程中，從鋼的表面到芯部，部位不同，膨脹系數(shù)也不同，這將會(huì)導(dǎo)致脫碳層在過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生裂紋，這些裂紋不管是可見(jiàn)的還是不可見(jiàn)的，都是引發(fā)裂紋繼續(xù)發(fā)展的起源，從而引起彈簧的斷裂或者失效。所以，脫碳傾向小、不允許出現(xiàn)鐵素體全脫碳層組織等，都是高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)彈簧鋼的要求，而且高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)彈簧鋼還限定了其總脫碳層深度[2]。

（三）表面缺陷

明顯的軋制缺陷、表面裂紋、表面劃傷及翹皮是彈簧鋼表面最主要的三個(gè)質(zhì)量問(wèn)題。明顯的軋制缺陷有折疊和耳子等。表面裂紋在鋼材表面呈斷續(xù)分布或縱向連續(xù)分布。表面翹皮或劃傷在交變載荷作用下承受外應(yīng)力最大，交變載荷作用的存在必然是材料產(chǎn)生失效的起源點(diǎn)，也最容易導(dǎo)致材料斷裂。材料的抗拉強(qiáng)度愈高，疲勞極限受表面質(zhì)量的影響就愈大；反之就愈小。所以，彈簧鋼盤條不得有折疊、裂紋、結(jié)疤、夾雜等表面缺陷。我國(guó)在標(biāo)準(zhǔn)GB1222 -2007中，已對(duì)這些表面缺陷做出相應(yīng)規(guī)定。

但是，在日常生產(chǎn)中，一些小的局部缺陷，如劃傷、麻點(diǎn)、凹坑、翹皮等，還沒(méi)有被重視起來(lái)。雖然這些小的缺陷未超國(guó)標(biāo)范圍，也不會(huì)成為彈簧鋼失效的主要原因，但是其存在的區(qū)域一定是材料最薄弱的部位，它們很有可能會(huì)成為開(kāi)裂的突破口，所以在檢驗(yàn)時(shí)，也一定要注意這些因素[3]。

二、控制措施

（一）改善鋼中非金屬夾雜物

改善非金屬夾雜物一般有兩種方法，分別為夾雜物實(shí)行無(wú)害化處理和提高鋼的純凈度。其中夾雜物實(shí)行無(wú)害化處理是增強(qiáng)基體的結(jié)合力和夾雜物變性處理。而提高鋼的純凈度是減少氧化物和鋼種硫化物夾雜密切相關(guān)的[O]、[S]含量。夾雜物實(shí)行無(wú)害化處理除了要控制夾雜物的尺寸、形狀之外，還要研究其組成及分布，并確保其化學(xué)成分均勻性。所以在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)還要要注意以下幾點(diǎn)：（1）保持連鑄的液位和拉速的恒定。（2）防止初煉爐冶煉過(guò)氧化。（3）確保在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成軟攪拌工藝和真空處理。

（二）控制脫碳層

要很好的控制彈簧鋼脫碳層，要做到以下幾點(diǎn)：（1）優(yōu)化加熱溫度。（2）合理控制加熱時(shí)間。（3）分段控制爐內(nèi)氣氛。（4）確定合理的加熱爐待溫時(shí)間。

（三）改善表面缺陷

改善表面缺陷是為了保證彈簧變形均勻，承受應(yīng)力穩(wěn)定，這就要求軋制過(guò)程中嚴(yán)格控制彈簧鋼表面質(zhì)量和尺寸精度。

三、結(jié)語(yǔ)

影響彈簧鋼盤條質(zhì)量的因素主要是鋼中含有非金屬夾雜物、鋼的表面存在脫碳層以及表面缺陷。為了提高彈簧鋼質(zhì)量，我們可以通過(guò)優(yōu)化冶煉工藝，控制Al2O3等有害夾雜物，從而降低夾雜物的含量并控制夾雜物的分布和形狀；還可以加強(qiáng)軋制過(guò)程控制，從而減少裂紋、耳子、擦傷、折疊等缺陷的產(chǎn)生；利用步進(jìn)式加熱爐快速氧化性，控制好加熱溫度，使加熱溫度不超過(guò)1100度，待軋時(shí)，有效控制加熱爐[4]，最大限度減少鋼坯表面脫碳層的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]李書(shū)常.簡(jiǎn)明典型金屬材料熱處理實(shí)用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010，12（6）：74～75.

[2]李曼云.牟文恒高速軋機(jī)線材生產(chǎn)知識(shí)問(wèn)答[M].冶金工業(yè)出版社，2011，9（12）：44～45.

[3]申勇，申斌，吳靜等.彈簧鋼的技術(shù)發(fā)展及生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀[J].金屬制品，2010，35（3）：24.

[4]胡文豪，金進(jìn)文，葉佐輝.淺談夾雜物對(duì)鋼質(zhì)量的影響極其控制[J]，浙江金，20013，12（4）：9～13.