弹簧钢的力学性能、机械性能、成分、热处理

1. 性能的要求

弹簧钢是专门用来制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件的主要材料。这些结构零件是机械、仪表中起缓冲、减震和储存能量以控制零件工作程序的部件，通常是在长期的交变应力下承受拉压、扭转、弯曲和冲击。因此、要求制造弹簧钢的材料具有较高的弹性极限（具有较高的屈服点和屈强比）、高的疲劳极限，具备一定的冲击韧性，塑性延伸率δ不小于5%，断面收缩率ψ不低于20%，特殊条件下工作的耐热性或耐腐蚀性要求等。电气仪表中的弹簧还要求具备特定的其他物理性能，如导电率、导磁率。弹簧钢也分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢。

2. 成分特点

弹簧钢含碳量为0.6%~0.9%，以保证其具有较高的弹性极限和疲劳极限，含碳量过低，强度不够，易产生塑性变形。合金弹簧钢主加元素为Si、Mn、Cr等，其主要作用是提高淬透性和屈强比、固溶强化基体并提高回火稳定性；辅加元素为Mo、W、V、Cr等碳化物形成元素，主要作用是减轻Si引起的脱碳缺陷、Mn引起的过热缺陷并提高回火稳定性以及耐热性等，同时，W、V可以细化晶粒，保证钢在高温下的强度。

常用弹簧钢的牌号、热处理工艺、力学性能及用途如下表所示：

3. 弹簧钢的热处理

弹簧钢按照其成形方式的不同，分为热成形弹簧和冷成形弹簧两类。

（1） 热成形弹簧的热处理。热成型弹簧用于制造大型或形状复杂的弹簧。一般是将淬火加热与成形结合起来。即加热温度略高于淬火温度（830℃~880℃），加热后进行热卷成形，然后利用余热进行淬火，最后进行350℃~450℃的中温回火，从而获得回火屈氏体组织。

弹簧钢在工作状态下，表面的扭转、弯曲应力最大，因而其表面质量非常重要。表面脱碳是最忌讳的，会大大降低钢的疲劳强度。因此，加热温度、加热时间和加热介质均应注意选择和控制。另外，回火后喷丸处理也有利于消除脱碳、裂纹、夹杂和斑痕等表面缺陷，并使表面强化形成残余压应力，提高弹簧的疲劳强度。

（2） 冷成形弹簧的热处理。冷成形弹簧钢是先经过淬火、回火处理，或经过等温淬火后，再经过冷拔得到高强度钢丝，而后用这种钢丝直接卷制所需的弹簧。这种弹簧成形后不再进行淬火处理，只需进行一次180~370℃的低、中温回火，以消除成形时造成的内应力。这类弹簧钢的截面尺寸均较小，按成形前的淬火、回火工艺又分为油回火钢丝和快速等温处理冷拔钢丝。前者为油淬+中温回火处理；后者指铅浴（500~550℃）等温淬火使之发生索氏体转变，而后再经过多次冷拔强化。

如果弹簧钢丝直径太大，如Φ>15mm，板材厚度h>8mm，会出现淬不透现象，导致弹性极限下降，疲劳强度降低，所以弹簧钢材的淬透性必须和弹簧选材直径尺寸相适应。

4. 常见弹簧及其应用场景

（1）压缩弹簧，常见其应用于汽车减震、机座减震、弹性床垫、健身器材、按动笔、各种预紧装置等。