碳素弹簧钢
碳素弹簧钢：含碳量在0.6~0.9%之间，如65、70、85 优点：容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强
度，适宜的韧性和塑性。 缺点：当d>12 mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的
弹簧。 合金弹簧钢：硅锰钢、铬钒钢。 优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高
d 2
[ ]
设计公式：
d 1.6
KFC
[ ]
其中
K 4C 1 0.615 4C 4 C
----弹簧的曲度系数
K
其值可直接查表下表可得
ττττ’”τ’”τ
未考虑簧丝 曲率的应力
3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20
曲度系数 C=D2 /2
二、弹簧的变形 在轴向载荷的作用下，弹簧产生轴向变形λ，取微段分析
III 1750 1750 1700 2170 1650 1550 1450 1400 1300 1300 1200 1150 1150 1100 1350 1250
I类弹簧： 受变载荷作用次数>106，或很重要的弹簧。
II类弹簧：受变载荷作用次数在103 ~ 105 ，或受冲击 载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧。
III类弹簧：受变载荷作用次数在<103 ，或受静载荷的 弹簧。
表18-1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力
材料
许用切应力 / MPa
名称
牌号
Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧
450 –40~120 90~100HBS 耐腐蚀，防磁好 450
表18-2 碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限
组别
0.2 0.3 0.5 0.8
钢丝直径 d/ mm
1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 8.0
I 2700 2700 2650 2600 2500 2400 2200 2000 1800 1700 1650 1600 1500 1500 1450 --II、IIa 2250 2250 2200 2150 2050 1950 1850 1800 1650 1650 1550 1500 1400 1400 1350 1250
圆柱形 截锥形
拉伸弹簧 压缩弹簧
扭转弹簧
本章内容
§18-2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形
一、弹簧的应力
剪切力：F
已知条件如图。截面受力： 扭矩：T
FD2 2
剪切应力：
'
T WT
F D2 2
d 3 16
8FD2
d 3
剪切应力：
"
4F
d 2
D2
' "
8FD2
d 3
4F
d 2
8FD2
d 3
1
d 2D2
F
F
τ” 弹
α
ττ’ ’ τ 簧 τ” 轴
T
线
T F
F
F
D2 /2
令
C D2 d
截面总切应力：
8FC
d 2
1
0.5 C
C----旋绕比，或弹簧指数。
精确分析可得如下公式：
强度条件：
K
8FC
制造受重载的弹簧。
合金弹 50CrVA 450 600 簧钢丝
有高的疲劳极限，
750
–40~210和回 火稳定性好，常用
于承受变载的弹簧
4Cr13 450 600
耐腐蚀，耐高温，
750 –40~300 48~53HRC 适用于做较大的
弹簧
青铜丝 QSi3-1 270 360 QSn4-3 270 360
微段轴向变形量dλ： d D2 d 2
2
根据材料力学有关圆柱
8FD ds 2
螺旋弹簧变形的计算公式
4
G d G--材料的切变模量：
钢：G=8×104 Mpa, 青铜F：G=4×104 Mpa
F
t
d
8FD22
t
ds
0
Gd 4 0
λ T
8FD23n Gd 4
8FC 3n Gd
Ⅲ类弹簧
推荐使用 温度℃
推荐硬度 范围
特性及用途
[τI]
[τII]
[τIII]
碳素弹簧
强度高，性能好，
钢丝Ⅰ, 65、70 0.3σB 0.4σB 0.5σB –40~120 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ
但尺寸大了不易淬 透，只适用于小弹 簧。
60Si1Mn 480 640
弹性和回火稳定性
800 –40~200 45~50HRC 好，易脱碳，用于
的弹簧。 有色金属合金：硅青铜、锡青铜、铍青铜。 选用原则：
充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、工作温度和
周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优
先采用碳素碳簧钢丝。
三、弹簧的许用应力
弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、 弹簧的工作条件和重要程度，以及簧丝的尺寸等
弹簧按载荷分为三类：
功用： 1. 控制机构运动或零件的位置; 如凸轮机构、离合器、阀门等；
2. 缓冲吸振; 如车辆弹簧和各种缓冲器中的弹簧；
3. 存储能量; 如钟表仪器中的弹簧；
4. 测量力的大小 。如弹簧秤中的弹簧
类型：
螺旋 弹簧
圆柱形 按形状分 截锥形
拉伸弹簧 按受载分 压缩弹簧
分类
扭转弹簧
分类
按形状分 螺旋弹簧 环形弹簧 按受载分 碟形弹簧 平面涡圈弹簧 仪表中储能用 板弹簧
第18章 弹 簧
§18-1 弹簧的功用和类型 §18-2 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与变形 §18-3 弹簧的制造、材料和许用应力 §18-4 圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的设计 §18-5 其他弹簧简介
§18-1 弹簧的功用和类型
工作特点：弹簧在外力作用下能产生较大的弹性变形， 在机械设备中被广泛用作弹性元件。
冷卷：d<10 mm → 低温回火，消除应力
热卷：d≥ 10 mm → 淬火、回火
经强压处理可提高承载能力。 强压处理：将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限， 并保持一定时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应 力相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力。
二、弹簧的材料
要求：高的弹性极限、疲劳极限、一定的冲击韧性、 塑性和良好的热处理性能。
dφ T
O
n为有效圈数
k
F
Gd 4 8D23n
Gd 8 C3n
C↓ → k↑
dλ O’
D2
C值过小→ 制造困难，内侧应力↑；
C值过大→ 弹簧容易颤动。取值范围：C=4~16
§18-3 弹簧的制造、材料和许用应力
一、弹簧的制造
制造过程：卷绕、端面加 工(压簧)或拉钩制作（拉 簧或扭簧）、热处理和工 艺性试验。
知识贴 弹簧钢介绍
弹簧钢，顾名思义就是制作弹簧的钢材，用途广泛，我们日常弹簧秤的弹簧，汽车座垫下的弹簧，以及减震器，汽车，三轮摩托的板簧。
等等都是弹簧钢。
弹簧钢硬度合适，韧性不错，热处理也比较简单，是很好的做刀的材料。
有一些特殊的刀剑（比如腰带剑），必须用弹簧钢制作。
但是弹簧钢的质量也参差不齐，上到日本，德国，美国进口的制作汽车板簧，弹簧的弹簧钢，中到国家著名企业宝钢，马钢，西宁特钢等制作的优质弹簧钢，（其中还分等级）；下到冶炼技术很次的杂牌钢厂回收的废旧钢铁做成的弹簧钢。
都很杂乱。
有人一定选择进口车的板簧做刀剑，但是我觉得大方向是对的，但是也有不对的地方。
我举个例子：一个好的电视机，重要组成的部件是显像管，主控芯片。
如果一个进口的TOSHIBA 中低档电视机，他却采用彩虹，国产三星的显像管，那么还不如一台采用进口松下，日立显像管的海信电视性能质量好（我就亲身遇见过这样的例子）。
汽车亦然，但是细化分清楚内部原件的板簧是否优质对我们刀友却是一件困难的事情弹簧钢分为合金弹簧钢和碳素弹簧钢两类。
以下选择百度百科的资料：1.碳素弹簧钢碳素弹簧钢的碳含量(质量分数)一般在0.62%~0.90%。
按照其锰含量又分为一般锰含量(质量分数) (0.50%~0.80%)如65、70、85和较高锰含量(质量分数) (0.90~1.20%)，如65Mn两类。
2.合金弹簧钢合金弹簧钢是在碳素钢的基础上，通过适当加入一种或几种合金元素来提高钢的力学性能、淬透性和其他性能，以满足制造各种弹簧所需性能的钢。
合金弹簧钢的基本组成系列有，硅锰弹簧钢、硅铬弹簧钢、铬锰弹簧钢、铬钒弹簧钢、钨铬钒弹簧钢等。
在这些系列的基础上，有一些牌号为了提高其某些方面的性能而加入了钼、钒或硼等合金元素。
此外，还从其他钢类，如优质碳素结构钢、碳素工具钢、高速工具钢、不锈钢，选择一些牌号作为弹簧用钢。
1. 65 、70 、85：可得到很高强度、硬度、屈强比，但淬透性小，耐热性不好，承受动载和疲劳载荷的能力低应用非常广泛，但多用于工作温度不高的小型弹簧或不太重要的较大弹簧。
弹簧钢65Mn
单纯含锰弹簧钢 如65Mn﹐锰含量为0.90～1.20％。增加锰含量可提高钢的淬透性和强度﹐减小脱碳倾向﹔缺点是有过热敏感性和回火脆性﹐且易產生淬火裂纹﹐所以只适於製造各种小尺寸扁弹簧﹑圆弹簧。
含铬弹簧钢 在国际上很通用﹐中国有 50CrMn 和50CrVA两个钢号。50CrMn由於含有1％左右的铬和锰﹐有较高的淬透性﹐脱碳倾向小﹔缺点是铬和锰均加重回火脆性的倾向﹐回火后需快冷﹐多用以製造截面较大的和较重要的板簧和螺旋弹簧。50CrVA钢具有良好的淬透性﹔加钒能细化组织﹐不易过热﹐并可提高钢的强度﹑韧性﹐降低缺口敏感性。这种钢脱碳倾向小﹐低温衝击韧性好﹐在较高温度下工作时﹐性能也较稳定﹐主要用於製造气门弹簧﹑安全阀弹簧和在较高温度下工作的弹簧。在50CrVA钢的基础上适当增加其他合金元素﹐能取得比上述两种弹簧钢更好的力学性能和淬透性。
用以製造弹簧或类似弹簧性能零件的钢类。具有高的弹性极限﹑疲劳极限(尤其是缺口疲劳极限)以及一定的衝击韧性和塑性﹐主要在衝击﹑震动等动载荷或长期週期性交变应力的条件下使用。所以在各种状态下工作的弹簧都要有良好的表面质量和较高的抗疲劳性能。在工艺性能上﹐需经淬火﹑回火的弹簧钢﹐应具有一定的淬透性﹐不易脱碳﹐过热敏感性低和塑性较高﹐在热状态下易於成形。製造小尺寸弹簧用的钢丝要有均匀的硬度和一定的塑性。
2）冷成形弹簧截面尺寸＜10mm的各种小型弹簧可采用冷成形（如冷卷、冷轧），如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、淬火中温回火或铅浴等温淬火后冷拉（轧）强化；然后再进行冷成形加工，此过程中将进一步强化金属，但也产生了较大的内应力和脆性，故在其后应进行低温去应力退火（一般200～400℃）。
碳素弹簧钢参数简介
试验温度
20℃
100℃
200℃
310℃
400℃
515℃
600℃
（800℃油淬，400℃回火）
无缺口akU
134
213
293
293
293
293
有缺口akU
6.4
5.1
14.7
34.6
53.3
69.3
68.1
蠕变
σ10-4
σ10-5
持久
σ104
σ105
DZ2.15.5.1-1999
碳素弹簧钢丝70
其它性能
疲劳强度(1)
σb
σ0.2
σ5
σ-1
774
353
17
296
备注
冷拉弹簧钢丝供应状态的强度按GB4357-89检查。E及G的数值详见DZ13.3-83《关于弹簧计算中G和E的规定》
国外相近牌号
金属材料技术条件
DZ2.15.5.1-1999
DFSTW代替DZ2.15.5.1-86
碳素弹簧钢丝70
印记
T1
化学成分
C
Si
Mn
S
P
Cr
Ni
Cu
GB 699-88
GB 4357-89
0.67
～
0.75
0.17
～
0.37
0.50
～
0.80
≤0.035
≤0.035
≤0.25
≤0.25
≤0.25
用途
一般用于尺寸较小的弹簧。
毛坯类型
钢丝
冷盘弹簧
进厂状态
冷拉、C组、Ⅱ级GB/T 342-1997
碳素弹簧钢
4
G d G--材料的切变模量：
钢：G=8×104 Mpa, 青铜F：G=4×104 Mpa
F
t
d
8FD22
t
ds
0
Gd 4 0
λ T
8FD23n Gd 4
8FC 3n Gd
dφ T
O
n为有效圈数
k
F
Gd 4 8D23n
Gd 8 C3n
C↓ → k↑
dλ O’
充分考虑载荷条件（载荷的大小及性质、工作温度和
周围介质的情况）、功用及经济性等因素。一般应优
先采用碳素碳簧钢丝。
三、弹簧的许用应力
弹簧的许用应力主要取决材料品质、热处理方法、载荷性质、 弹簧的工作条件和重要程度，以及簧丝的尺寸等
弹簧按载荷分为三类：
I类弹簧： 受变载荷作用次数>106，或很重要的弹簧。
碳素弹簧钢：含碳量在0.6~0.9%之间，如65、70、85 优点：容易获得、价格便宜、热处理后具有较高的强
度，适宜的韧性和塑性。 缺点：当d>12 mm，不易淬透，故仅适用于小尺寸的
弹簧。 合金弹簧钢：硅锰钢、铬钒钢。 优点：适用于承受变载荷、冲击载荷或工作温度较高
的弹簧。 有色金属合金：硅青铜、锡青铜、铍青铜。 选用原则：
II类弹簧：受变载荷作用次数在103 ~ 105 ，或受冲击 载荷的弹 簧，或受静载荷的重要弹簧。
III类弹簧：受变载荷作用次数在<103 ，或受静载荷的 弹簧。
表18-1 螺旋弹簧的常用材料和许用应力
材料
许用切应力 / MPa
名称
牌号
Ⅰ类弹簧 Ⅱ类弹簧
弹簧钢的一些资料
于弹簧钢的一些资料弹簧钢弹簧钢的特点—弹簧主要在动载荷下工作,即在冲击、振动的条件下,或在交变应力作用下工作,利用弹性变形来吸收冲击能量,起缓冲作用。
由于弹簧经常承受振动和长期在享变应力作用下工作,主要是疲劳破坏,故弹簧钢必须具有高的弹性极限和高疲劳极限。
此外,还应有足够的韧性和塑性,以防止在冲击力作用下突然脆断。
在工艺性论方面,弹簧钢应具有较好的淬透性和低的过热、脱碳敏感性。
降低弹簧表面粗糙度能提高疲劳寿命。
为了获得所需的性能,弹簧钢必须具有较高的含碳量。
碳素弹簧钢的含碳量在0.6-0.9％之间,由于碳素弹簧钢的淬透性差,故只用于制造截面尺寸不超过10-15mm的弹簧。
对于截面尺寸较大的弹簧,必须采用合金弹簧钢。
合金弹簧钢碳含量在0.45-0.75％之间,加入的合金元素有Mn ,Si ,W ,V ,Mo等。
它们的主要作用是提高淬透性和回火稳定性,强化铁素体和细化晶粒,有效地改善弹簧钢的力学性能,其中Cr ,W ,Mo还能提高钢的高温强度。
在热状态下成型的弹簧(直径或厚度一般在10mm以上)在冷状态下成型的弹簧(直径或厚度一般在10mm以下)热成型弹簧的热处理工艺--用这种方法成型弹簧多数是将热成型和热处理结合在一起进行的,而螺旋弹簧则大多数是在热成型后再进行热处理。
这种弹簧钢的热处理方式是淬火+中温回火,热处理后组织为回火托氏体。
这种组织的弹性极限和屈服极限高,并有一定的韧性。
冷成型弹簧的热处理工艺--对于用冷轧钢板、钢带或冷拉钢丝制成的弹簧,由于冷塑性变形使材料强化,己达到弹簧所要求的性能。
故弹簧成型后只需在250C左右范围内,保温30min 左右的去应力处理,以消除冷成型弹簧的门应力,并使弹簧定型即可。
耐热弹簧钢的热处理--内燃机的气阀弹簧是在较高温度下工作,有的还存在腐蚀性气氛,因此必须选用特殊的弹簧钢和合适的热处理规范。
弹簧淬火时常见的缺陷及防止措施(1)脱碳(降低使用寿命)--1、采用盐浴炉或拄制气氛加热炉加热。
弹簧材料
55Si2Mn--特性:强度大、弹性极限好,屈服比值高,热处理后韧性较好,焊接性差,冷变形塑性低,切削性尚好,淬透性较65、65Mn钢高,临界淬透直径:油中约为25~57mm;水中约为44~88mm;此钢宜油淬、水淬时有形成裂纹倾向,无回火脆性倾向,且具有抗回火稳定和抗松弛稳定性;钢中夹杂物较高,轧制较困难,表面易出疵病,脱碳倾向大;适宜在淬火并中温回火状态下使用。
用途:适用于制造铁道车辆、汽车、拖拉机等承受中等载荷的扁形弹簧、直径<25mm的螺旋形弹簧、缓冲弹簧以及汽缸安全阀门等高应力下工作的重要弹簧。
55Si2MnB--特性:性能与55Si2Mn钢相近,但淬透性更高,在油中临界淬透直径约为90~180mm,疲劳强度也显著提高。
用途:适用于制造中、小型截面的钢板弹簧,如汽车上的前后副钢板弹簧。
55SiMnVB--特性:强度、韧及塑性及淬透性均比60Si2MnA钢高,油中临界淬透直径约为50~107mm;热加工性能良好,热处理时表面脱碳倾向小,回火稳定性好。
用途:适用于制造中型截面尺寸的板弹簧和螺旋形弹簧,可代替60SiMnA钢使用。
60SiMn、60Si2MnA--与55Si2Mn钢相比,强度和弹性极限均稍高(其中60Si2MnA钢更好),淬透直性也较好,在油中临界淬透直约为37~73mm,其他性能相同;主要使用状态为淬火并中温回火下使用。
用途:此钢应用广泛,适用于制造铁道车辆、汽车、拖拉机等工业上制造承受较大载荷的扁弹簧或直径≤30mm的螺旋形弹簧,如汽车、火车车箱下部承受应力和振动用板弹簧、安全阀和止回阀上弹簧以及工作温度<250℃非腐蚀性介质中的耐热弹簧;用于承受交变载荷和高应力下工作的大型重要卷制弹簧和承受剧烈磨损的机械零件。
60Si2CrA--特性:与60Si2MnA钢相比,塑性相近,但抗拉强度和屈服点均较高;热处理过热敏感性和脱碳倾向小,淬透性高,油中临界淬透直径约为37~114mm,但有回火脆性倾向;一般在淬火并中温回火下使用。
碳素钢 合金钢 不锈钢 弹簧钢等13类钢材的用途比较
碳素钢、合金钢、不锈钢、弹簧钢等13类钢材的用途对比1)碳素结构钢表示方法：Q+数字+(质量等级符号)+(脱氧方法符号)+(专门用途的符号)①钢号冠以“Q”，代表钢材的屈服点，也就是屈服强度;②“Q”后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa。
例如Q235表示屈服点(σs)为235 MPa的碳素结构钢;③必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。
质量等级符号分别为A、B、C、D。
脱氧方法符号：F表示沸腾钢;b表示半镇静钢：Z表示镇静钢;TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。
例如Q235-AF表示A级沸腾钢。
专门用途的碳素钢：例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。
2)优质碳素结构钢表示方法：数字+(元素符号)+(脱氧方法符号)+(专门用途的符号)①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为“45”，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。
②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。
③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。
3)碳素工具钢表示方法：字母T+数字+(元素符号)+(质量等级符号)①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。
②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。
例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。
③锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”，例如“T8Mn”。
④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。
4)易切削钢表示方法：字母Y+数字+(元素符号)①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。
②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。
弹簧钢简介与应用
弹簧是应用很广泛的各种机械和仪表中重要零件，其外形可分成板簧和螺旋弹簧两大类。
弹簧的主要功能是消震及储能。
弹簧工作时产生很大的弹性变形、吸收冲击能量、缓和冲击，例如汽车等车辆上的缓冲弹簧；弹簧还可以通过释放所吸收的能量，使其它零件完成某种动作，例如发动机上的气阀弹簧、仪表弹簧等。
1、弹簧钢的特点弹簧钢首先，必须应具备高的弹性极限和高的屈强比，以避免弹簧在高载荷下产生永久变形；其次，应具备高的疲劳极限和高的抗拉强度，以免弹簧在长期震动和交变载荷应力的作用下产生疲劳破坏；再次，有一定冲击韧度和足够的塑性；同时还要求有良好的淬透性和低的脱碳敏感性，使弹性极限大幅度降低；以及良好的表面质量，在冷热状态下容易加工成形和良好的热处理工艺性。
弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役，承受载荷时不允许产生塑性变形，因此要求弹簧钢经淬火、中温回火后具有尽可能高的弹性极限和屈强比值（≥0.90）。
为了获得弹簧所要求的性能，弹簧钢采用较高的含碳量，碳素弹簧钢通常在0.60%～0.85%范围。
如65、70钢等的淬透性较差，其截面尺寸超过12mm时在油中就不能淬透，若用水淬火就容易开裂。
对于截面尺寸较大、承受较重负荷的弹簧都是用合金钢制造。
合金弹簧钢的合碳量一般在0.50%～0.70%之间，所含合金元素有Si、Mn、Cr、V等，它们的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善弹簧钢的力学性能。
Si和Mn主要提高淬透性，同时也提高屈强比，且以Si的作用最突出，但它在热处理时促进表面脱碳，Mn则使钢易过热，造成晶粒粗大。
重要用途的弹簧钢必须加入Cr、V、W等元素，Si--Cr弹簧钢表面不易脱碳；Cr--V弹簧钢不易过热，晶粒细，不易长大粗化，耐冲击性能好，高温强度也高，其中Cr、V、W还有利于提高弹簧钢的高温强度。
弹簧钢的牌号请见《888弹性地带》第85期“弹簧钢的技术发展与生产使用”一文。
2、弹簧制造过程的特征弹簧热处理后质量的判别主要是弹簧的寿命，从性能的角度考虑时需要调整弹性参数与韧性参数的平衡；性能与弹簧钢的淬透性有密切关系。
弹簧材料比较完整版
弹簧材料比较HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】选择弹簧材料时，应考虑其用途、使用条件(载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等)以及加工、热处理和经济性等因素。
为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。
表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。
实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。
图20-2给出了碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限。
弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。
钢是最常用的弹簧材料。
当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。
此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。
碳素弹簧钢(如65、70钢)：价格便宜、来源方便，但弹性极限低；低锰弹簧钢(如65Mn)：淬透性好、强度较高，淬火后易产生裂纹硅锰弹簧钢(如60Si2MnA)：弹性极限高，回火稳定性好，力学性能良好；铬钒钢(如50CrVA)：耐疲劳和抗冲击性能好，价格贵，用于要求高的场合。
表20-2 主要弹簧材料及其许用应力注：1.按受力循环次数N不同，弹簧分为三类：Ⅰ类N>106；Ⅱ类N=103～105以及受冲击载荷的场合；Ⅲ类N<103。
2.碳素弹簧钢丝按机械性能不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ四组，Ⅰ组强度最高，依次为Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ组。
3.弹簧的工作极限应力τlim：Ⅰ类≤1.67[τ]；Ⅱ类≤1.25[τ]；Ⅲ类≤1.12[τ]。
4.轧制钢材的机械性能与钢丝相同。
5.碳素钢丝的切变模量和弹性模量对0.5～4mm直径有效，>4mm取下限。
实验八 弹簧钢的组织观察与检验(1)
实验八弹簧钢的组织观察与检验(验证性)一、实验目的及要求1．掌握弹簧钢的金相检验方法。
2．正确分析弹簧钢的各种常见组织和缺陷。
二、实验原理弹簧钢是用于制造各种弹性元件的专用结构钢，具有弹性极限高，足够的韧性、塑性和较高的疲劳强度。
弹簧钢中加入的合金元素主要有硅和锰，目的是为提高淬透性。
目前，我国生产的弹簧钢主要有碳素钢、锰钢、硅锰钢、铬硅钢、铬合金钢等几类。
（1）碳素弹簧钢碳素弹簧钢ω（C）在0.6%～0.9%之间，热处理后可以得到高的强度，且具有适当的塑性和韧性。
由于碳素钢的淬透性较差，故只能用于制造小尺寸的板簧或螺旋弹簧，热处理后的组织为回火托氏体。
细小的弹簧钢带及钢丝常用来制造钟表、仪器及阀门上的弹簧。
这类冷拉钢丝需经过特殊工艺处理（铅浴等温淬火），即通过920℃加热拉伸或轧制后，在420～550℃铅浴中等温淬火，再经冷拉，其总变形量可达85%～90%,而且不引起断裂。
通过二次强化处理的钢丝，其抗拉强度可达2156～2450N/mm2。
它的组织是沿拉伸方向分布的纤维状回火索氏体及托氏体。
应用这种钢材制成的弹簧，一般先经冷缠成形，然后再200～300℃加热回火消除内应力，使之定形，称之为定形处理。
（2）锰弹簧钢这类钢与碳钢相比，优点是淬透性和强度比较高，但比硅锰钢的强度和弹性极限要低，同时屈强比也小。
锰钢表面脱碳倾向小，缺点是有过热敏感性和回火脆性，淬火时容易开裂。
这类钢用于绕制截面较小的弹簧。
（3）硅锰弹簧钢钢中加入硅可以显著的提高弹性极限和屈强比。
硅能缩小γ区，提高A3和A1点，使共析点S移向低碳部位。
同时硅能提高淬透性，使M S点降低。
含硅弹簧钢要求高的淬火温度和退火温度。
由于这类钢的珠光体转变在较高温度下进行，所以在一般的退火条件下，可获得较细的珠光体。
硅能产生固溶强化作用，可显著的提高钢的强度和硬度。
同时硅还能降低碳在铁素体中的扩散速度，使马氏体在回火时能延缓碳化物的析出和聚集长大，从而增加了淬火钢的耐回火性。