不同金屬成分在彈簧材料中的作用

彈簧材料

　　化學元素對彈簧性能的影響

　　1.碳彈簧的含碳量增加了屈服點和抗拉強度，但塑性和沖擊性能降低。當碳含量超過0.23%時，彈簧的焊接性能惡化，因此用于焊接的低合金結構鋼具有一般的碳含量。不超過0.20%。高碳含量也會降低彈簧的耐大氣腐蝕性。露天堆場的高碳鋼容易生銹。此外，碳可以增加彈簧的冷脆性和老化敏感性。

　　2.在煉鋼過程中添加硅作為還原劑和脫氧劑，因此鎮靜鋼的含氧量為0.150.30%硅。如果彈簧中的硅含量超過0.50-0.60%，則硅被視為合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限屈服點和抗拉強度，因此被廣泛用作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0-1.2%的硅可使強度提高15-20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，提高耐腐蝕性和抗氧化性，生產耐熱鋼。硅含量為1-4%的低碳鋼具有極高的磁導率，在電氣工業中用作硅鋼片。硅含量的增加將降低彈簧的焊接性能。

　　3.錳是煉鋼過程中很好的脫氧劑和脫硫劑。通常，彈簧含有0.30-0.50%的錳。當碳鋼中添加0.70%以上時，即使“錳鋼”比普通鋼更堅韌，它不僅具有足夠的韌性，而且具有更高的強度和硬度。它提高了鋼的淬透性，改善了鋼的熱加工性。例如，16Mn鋼優于A3鋼。屈服點高出40%。含1114%的錳具有極高的耐磨性，用于挖掘機鏟斗球磨機等的襯里。錳含量的增加會削弱彈簧的耐腐蝕性，并降低焊接性能。

　　4.磷一般來說，磷是鋼中的有害元素。它增加了鋼的冷脆性，惡化了焊接性能，降低了塑性，惡化了冷彎性能。因此，一般要求鋼中磷含量小于0.045%，對優質鋼的要求較低。

　　5.硫在正常情況下也是有害元素。彈簧的熱脆性降低了彈簧的延展性和韌性，并在鍛造和軋制過程中導致裂紋。硫也有害于焊接性能并降低耐腐蝕性。因此，通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于0.040%。向鋼中添加0.08-0.20%的硫可以提高可加工性，通常稱為易切削鋼。

　　6.鉻在結構鋼和工具鋼中，鉻可以顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻能提高彈簧的抗氧化性和耐腐蝕性，是不銹鋼耐熱鋼的重要合金元素。

　　7.鎳可以提高彈簧的強度，同時保持良好的塑性和韌性。鎳對酸和堿具有很高的耐腐蝕性，并且在高溫下具有防銹性和耐熱性。然而，由于鎳是一種相對稀缺的資源，應盡可能使用其他合金元素來替代鎳鉻鋼。

　　8.鉬可以細化彈簧的晶粒，提高淬透性和熱強度。它在高溫下保持足夠的強度和抗蠕變能力（高溫下的長期變形稱為蠕變）。在結構鋼中添加鉬可以改善力學性能。它還可以抑制合金鋼因火災而產生的脆性。它可以改善工具鋼的紅色。

　　9鈦是彈簧中的強脫氧劑。它可以使彈簧內部結構緊湊，細化晶粒力，降低時效敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦可以避免晶間腐蝕。

　　10釩是一種優良的彈簧脫氧劑。在彈簧中加入0.5%的釩可以細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩和碳形成的碳化物可以提高高溫高壓下的抗氫腐蝕能力。

　　11鎢具有高熔點和高比重，是一種珍貴的合金元素。鎢和碳形成碳化鎢，碳化鎢具有高硬度和耐磨性。在工具鋼中添加鎢可以顯著提高刀具和鍛模的紅色硬度和熱強度。

　　12鈮可以細化晶粒，降低彈簧的過熱敏感性和回火脆性，提高強度，但塑性和韌性降低。在普通低合金鋼中添加鈮可提高其耐大氣腐蝕性和耐高溫氫、氮、氨腐蝕性。鈮可以改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中添加鈮可以防止晶間腐蝕。

　　13鈷是一種稀有的貴金屬，主要用于特殊彈簧和合金，如熱強度鋼和磁性材料。

　　14武鋼從大冶礦石中冶煉出的銅通常含有銅。銅可以提高強度和韌性，尤其是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工過程中容易產生熱脆性。銅含量超過0.5%，塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%時，對焊接性沒有影響。

　　15鋁是鋼中常用的脫氧劑。在鋼中加入少量鋁可以細化晶粒，提高沖擊韌性，如深沖用08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和耐腐蝕性。鋁與鉻、硅的結合能顯著提高鋼的高溫不結皮性能和耐高溫腐蝕性能。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切割性能。

　　16硼在鋼中加入少量硼，可以改善彈簧的致密性和熱軋性能，提高強度。

　　17氮氣可以提高彈簧的強度、低溫韌性和焊接性，并增加時效敏感性。

　　18稀土元素指元素周期表中原子序數為57-71的15種鑭系元素。這些元素都是金屬，但它們的氧化物與“地球”非常相似，所以它們通常被稱為稀土。向鋼中添加稀土可以改變彈簧中夾雜物的成分、形狀、分布和性能，從而改善鋼的各種性能，如韌性、焊接性和冷加工性。在犁鏵鋼中添加稀土可以提高耐磨性。