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弹簧钢是工业生产中广泛使用的钢种,按化学成分可分为3类,即碳素弹簧钢、特殊用途高合金弹簧钢和通用合金弹簧钢。其中通用合金弹簧钢(以下简称合金弹簧钢)具有性能优良、适应性强、价格低廉等优点,因此用途广、用量大,是最常用和最重要的弹簧材料。但是由于合金弹簧钢自身合金元素的特性,给实际生产和使用带来了诸多问题。
各国对弹簧钢的钢种开发都进行了大量的研究,国外着重从提高弹簧钢的设计应力方面进行了研究,相应提出了一些应力较高的钢种。如:由于Si-Mn系合金弹簧钢具有较高的抗弹减性,德国1988年修订弹簧钢标准时增加了一个Si-Cr系合金钢54SiCr6钢;又如日本的SUP12也是Si-Cr系合金钢。美国因铬资源不足,开发了无铬弹簧钢。英国Tinsley Bridge公司采用“优择冶金”技术开发了低合金弹簧钢0.4C一Mn(Cr)一B以下称“试验钢”,与常规弹簧钢525H60生产的板簧进行了对比,试验钢的确表现出优良的表面核心疲劳裂纹扩张的能力,且弹性强度和抗拉强度比常规弹簧钢高[10]。美国专利5009843也介绍了一种抗疲劳性能和抗弹减性有优良的低碳弹簧钢:C 0.35%一0.55%、Si 1.80%一3.00%、Mn 0.50%一1.50%、Ni 0.50%一3. 00 %、Cr 0.10%一1.50%、 Al 0.01%一0.05%、N 0.010%一0.025%[4]。
我国弹簧钢开发应从以下几个方面着手进行研究:①基于60Si2Mn钢,研究60Si2MnB钢、60Si2Mn撇钢和60Si2MnCr钢的最佳成分组合及应用;②国外部分先进钢号的引进;③由于低碳马氏体弹簧钢易于转炉冶炼,且成本低、脱碳倾向性小、热加工性能好等,应着力研究开发应用。近几年,我国低碳马氏体弹簧钢基于28MnSiB钢,通过提高钢中硅、碳的含量又先后开发了33MnSiB钢、33MnSiB钢和35MnSiB钢,以提高弹簧钢的强度和抗弹减性。
钢中非金属夹杂物主要是在冶炼过程中产生的Al2O3和TiN夹杂物。它们对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布;另一方 面受钢基体组织和性质制约,与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。而且,钢的强度水平愈高,夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著[2]。
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