彈簧是利用彈簧材料的彈性,由彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能從而發(fā)揮作用。理論情況下彈性越高的材料一般越好。不過在實(shí)際使用時,其材料還要切合材料的物理機(jī)械性質(zhì)等條件進(jìn)行取舍。
一般材料的選擇考慮的因素:
1:彈性限度:
彈性限度是對材料施加力以后二產(chǎn)生形變,消除該力是,不殘留變形的最大力所相對的應(yīng)力,此數(shù)值很難測定,但相對來說抗拉強(qiáng)度愈高德材料,其彈性限度愈高,同時可通過熱處理加工來改變彈性極限。
2:彈性系數(shù):
對彈簧材料施加力,產(chǎn)生單位應(yīng)變是的應(yīng)力稱為彈性系數(shù),在行業(yè)內(nèi)也稱為剛度,此值為彈簧設(shè)計的基體,彈簧材料的彈性系數(shù)主要取決于材料的化學(xué)成分,又因熱處理加工而稍有變化。
3:疲勞強(qiáng)度:
疲勞強(qiáng)度與材料的選材以及同種材料的抗拉強(qiáng)度有一定的關(guān)系,但又因表面狀態(tài)、脫碳、熱處理加工工藝、表面強(qiáng)化工藝等不同,而有較大差異。
4:淬火性:
大型彈簧為了提高淬火效果,需要淬火性良好的材料,淬火性取決于材料的化學(xué)成分,鉻釩鋼油淬火臨界直徑為40mm,水淬臨界直徑為50mm;硅鉻鋼的油淬臨界直徑為50mm,水淬臨界直徑為60~70mm。
5:耐熱性:
部分彈簧使用工況為高溫環(huán)境,通常彈簧材料的各種機(jī)械性能隨著溫度的上升而減小,通常情況下,碳素鋼彈簧的最高使用溫度為200℃,一般的合金鋼的最高使用溫度為250℃,而特殊的耐高溫材料,最高使用溫度可達(dá)600~900℃,如:Inconel-X750、Inconel-X718等。
6:耐腐蝕性:
有的彈簧材料在腐蝕的環(huán)境下使用,會腐蝕疲勞的現(xiàn)象,耐腐性取決于材料化學(xué)成分,也會因生產(chǎn)工藝區(qū)別略有差異。
7:電傳導(dǎo)性:
電器、通訊器材常兼用為電傳導(dǎo),此時可以使用黃銅、磷銅、鈹銅等銅合金金屬作為彈簧基材使用。
8:膨脹系數(shù):
特種精密設(shè)備,如:鐘表發(fā)條彈簧、精密儀器彈簧等,很忌諱溫度變化所導(dǎo)致的伸縮,此時需要用到特殊的基材。
彈簧常用線材選擇:
1:琴鋼線:
是使用琴鋼線材進(jìn)行韌化處理,特殊的加工拉拔工藝,賦予線材良好的尺寸精度,良好的表面狀態(tài),以及良好的機(jī)械性能。琴鋼線一般分為SWP-A;SWP-B;適用于強(qiáng)度較高荷重較重的,疲勞壽命要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域使用。
2:碳鋼線:
碳鋼線為較為常見的彈簧線材,在應(yīng)鋼線材韌化處理后,進(jìn)行拉拔加工制造,其性價比較高,適用于普通的應(yīng)用環(huán)境,適合無沖擊荷重的彈簧,較為常見的碳鋼線有:65Mn、72B、82A等。
3:不銹鋼線:
不銹鋼有軟質(zhì)線與硬質(zhì)線,彈簧上使用的為硬質(zhì)線,這是將不銹鋼線材回火、酸洗、冷拉制成,耐腐蝕性優(yōu)良,也有利于需要耐熱、耐腐蝕的工況場合,部分牌號的不銹鋼為了增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度而增大含碳量,但過高的含碳量則有可能有應(yīng)力腐蝕,易帶磁性。常見的不銹鋼牌號有:SUS304、SUS316、SUS202、SUS303、SUS410、SUS420、SUS430等。
4:合金鋼:
合金鋼種類繁多,常見的牌號有:60Si2MnA、55CrSi、SEA9254、SWOSC-V、OTEV系列等。不同牌號的合金鋼材料特性完全同,導(dǎo)致了不合金鋼的最佳使用環(huán)境也不同,這時需要根據(jù)使用工況,每分鐘彈簧往復(fù)頻率,以及應(yīng)力的不同,需要工程師選擇適合的彈簧基材。
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