弹簧钢的高强度化和发展趋势当今弹簧钢的发展趋势是向经济性和高性能化方向发展。国外现有弹簧钢牌号比较齐全，力学性能、淬透性和疲劳性能等基本上可以满足目前的生产和使用要求。
   一方面是充分发挥现有弹簧钢的潜力，如改进生产工艺、采用新技术对成分进行某些调整等，进一步提高其性能，扩大应用范围，如针对发动机用高性能气门弹簧而提出的超纯净弹簧网；
   另一方面是进行新钢种的研究开发，由于影响提高弹簧设计应力的两个最主要因素是抗疲劳和抗弹性减退，因而这两个因素成为当今弹簧钢钢种研究开发的主题。如日本近年来开发出UHS1900、UHS2000、ND120S等耐腐蚀疲劳的高强度弹簧钢和SRS60、ND250S等弹减抗力优良的高强度弹簧钢，附表是近年来日本研究开发的几种高强度弹簧钢，值得注意的是，高强度弹簧钢新钢种的开发，必须在提高钢的力学性能和应用性能的同时兼顾其经济性，才能被广大用户所接受。我国常用钢材牌号为Si－Mn系，如55SiMnVB、55Si2Mn、60Si2Mn以及近年发展起来的低碳弹簧钢，如28MnSiB、35MnSiVB等，在我国弹簧钢标准中也有Cr－Mn系和Cr－V系，但由于我国资源情况，其价格较贵。另外还有高强度弹簧钢55SiMnVB钢，该材料短缺且其价格也较贵，不利于工业批量生产。中低碳弹簧钢35MnSiB是近来研制的高强度弹簧钢，其轧制成材率高，脱碳层易于控制，加工性能好，具有淬透性高、抗淬火开裂能力强、强韧性匹配好、冲击韧度和断裂韧性高、松弛抗力适中等优点，而且所制板簧还有自由偏频低、平顺性好的特点。同时，这类钢由于碳含量下降，合金元素简单，可用顶吹转炉冶炼，并且实现连铸连轧，可以预测此类弹簧钢应用前景广泛。对于松弛抗力较高的弹簧可进一步提高中低碳弹簧钢的碳含量，也可用强烈的碳化物形成元素补充合金化，而35MnSiVB钢既有高淬透性，又有良好综合力学性能，同时轧制工艺性能好，是一种新的有发展前途的板弹簧用钢。
   弹簧钢高强度化的研究进展传统弹簧钢的强度水平难以满足现代工业发展的要求，众所周知，弹簧钢力学性能在材料质量保证的前提下取决于热处理工艺，而热处理工艺也应根据所用材料来决定，弹簧钢高强度化的一个重要途径是充分发挥合金元素的作用，达到最佳合金化效果。
热处理弹簧钢要求较高的强度和疲劳极限，一般在淬火＋中温回火的状态下使用，以获得较高的弹性极限。热处理工艺技术对弹簧内在质量有着至关重要的影响。因此，如何进一步提高弹簧疲劳寿命，需进一步研究，尤其是化学表面改性热处理、喷丸强化等都对弹簧疲劳寿命产生重要影响。
   为进一步强化气门弹簧的表面强度、增加压应力、提高疲劳寿命，气门弹簧成形后，要进一步经过渗氮、低温液体碳氮共渗或硫氮共渗处理，然后经喷丸强化。例如，日本将f4mm的Si－Cr油淬钢丝经450℃×4.5h低温体碳氮共渗与经400℃×15min中温回火进行对比，其疲劳极限可提高240MPa。氮的渗入，不仅消除了脱碳的不良影响，而且还提高了残余压应力，同时经渗氮和低温液体碳氮共渗的气门弹簧高温强度提高，150℃时的变形量为0.2%(规定值为0.5%)，250℃的变形量为0.56%，提高了气门弹簧的热稳定性和抗松弛稳定性，但渗氮和液体碳氮共渗时间应严格控制，否则会形成网状硫化物和网状氮化物，反而会降低其疲劳强度。
   气门弹簧提高强度的方法还可以选择喷丸，经生产实践表面气门弹簧喷丸可用两种丸粒，一种直径为0.8mm，其显微硬度为720HV0.2，另一种直径0.25mm，其显微硬度为800HV0.2，三次喷丸可达到较好的强化效果，又可使表面质量得到改善。
   2.合金化碳是钢中的主要强化元素，对弹簧钢的影响往往超过其他合金元素。根据使用要求，弹簧钢材料应是中高碳的合金钢。当今世界各国普遍采用的弹簧钢，含碳量绝大部分在0.45%～0.65%。
   为了克服弹簧钢强度提高后韧性和塑性降低的难题，也有降低碳含量的趋势。我国对低碳马氏体弹簧钢进行了深入的研究，如28MnSiB、35MnSiB等，其碳含量在0.30%左右。实践表明，这些弹簧钢可以在低温回火的板条状马氏体组织下使用，有足够强度和优良的综合力学性能，尤其是塑性、韧性极好。日本研究开发的几种高强度弹簧钢，如UHS1900、VHS2000、ND120S、ND250S等，碳含量均在0.40%左右。
   合金元素在弹簧钢中的主要作用是提高力学性能、改善工艺性能及赋予某些特殊性能(如耐高温、耐蚀)等。很多弹簧钢以硅为主要合金元素，它是对弹减抗力影响最大的合金元素，这主要是由于硅具有强烈的固溶强化作用；同时，硅能抑制渗碳体在回火过程中的晶核形成和长大，改变回火时析出碳化物的数量、尺寸和形态，提高钢的回火稳定性。
   目前，国内钢材牌号中wsi为1.8%～2.2%，是现有标准中含硅最高的弹簧钢。但硅含量如果过高，将促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，并且使冶炼困难和易形成夹杂物，因此，过高硅含量弹簧钢的使用仍需慎重。由于铬能够显著提高钢的淬透性，阻止Si－Cr钢球化退火时的石墨化倾向，减少脱碳层，因此是弹簧钢中的常用合金元素，以铬为主要强化元素的弹簧钢50CrV使用较广泛。锰是提高淬透性最有效的合金元素，它溶入铁素体中有固溶性化作用。研究表明，wMn必须大于0.5%，以使淬火时弹簧钢心部完全较变为马氏体，但当wMn超过1.5%时，韧性明显下降，这在选择弹簧钢时应优先考虑的。
   钼可以提高钢的淬透性，防止回火脆性，改善疲劳性能，现有标准中加钼的弹簧钢不多，加入量一般在0.4%以下。钒是强碳化物形成元素，固态下所析出的细小弥散的MC型碳化物具有很强的沉淀强化效果。在35CrMnB钢中加入0.11%V，可显著提高钢的淬透性，还发现钒能有效降低35SiMnB钢的脱碳敏感性，认为这与钒降低钢中有效固溶碳、防止晶粒长大和阻止晶界扩散并提高抗氧化性有关。冶金工业和汽车、摩托车工业的紧密结合和合作，不仅会进一步促进弹簧钢的高强度化，促使弹簧性能的全面提升，同时也为汽车、摩托车工业的发展、竞争能力的提高提供了材料基础，因此，值得大力关注。
(钢讯)


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