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弹簧材料比较
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
类别
代号
许用扭应力[τT]
许用弯曲应力[σb]/MPa
切变模量G/GPa
弹性模量E/GPa
推荐硬度围
HRC
推荐使用温度
°C
特性及用途
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
Ⅲ类弹簧
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
钢丝
碳素弹簧钢丝
Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ
0.3σb
0.4σb
0.5σb
0.5σb
0.625σb
81.5~78.5
204~202
-
-40~120
强度高,性能好,适于做小弹簧
60Si2Mn
60Si2MnA
471
627
785
785
981
78.5
197
45~50
-40~200
弹性好,回火稳定,易脱碳,适于做受大载荷的弹簧
65Si2MnWA
60Si2CrVA
560
745
931
931
1167
47~52
-40~250
强度好,耐高温,弹性好
30W4Cr2VA
442
588
735
735
920
43~47
-40~350
高温强度好,淬透性好。
50CrVA
45~50
-40~210
高疲劳强度,淬透性和回火稳定性好
不锈钢
1Cr18Ni9Ti
324
432
540
540
677
71.5
193
-
-250~300
耐腐蚀,耐高温,适于做小弹簧
4Cr13
442
588
735
735
920
75.5
215
48~53
-40~300
耐腐蚀,耐高温,适于做大弹簧
Co40CrNiTiMo
500
666
834
834
1000
76.5
197
=
-40~500
耐腐蚀,高强度,无磁,高弹性
青铜丝
Qsi-3
265
353
442
442
550
40.2
93
HB90~120
-40~120
耐腐蚀,防磁好
QSn4-3
39.2
Qbe2
353
442
550
550
735
42.2
129.5
37~40
耐腐蚀,防磁,导电性及弹性好
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。
类别
代号
许用扭应力[τT]
许用弯曲应力[σb]/MPa
切变模量G/GPa
弹性模量E/GPa
推荐硬度围HRC
推荐使用温度°C
特性及用途
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
Ⅲ类弹簧
Ⅰ类弹簧
Ⅱ类弹簧
钢丝
碳素弹簧钢丝
Ⅰ,Ⅱ,Ⅱa,Ⅲ
0.3σb
0.4σb
0.5σb
0.5σb
0.625σb
81.5~78.5
204~202
-
-40~120
强度高,性能好,适于做小弹簧
60Si2Mn
60Si2MnA
471
627
785
785
981
78.5
197
45~50
-40~200
弹性好,回火稳定,易脱碳,适于做受大载荷的弹簧
65Si2MnWA
60Si2CrVA
560
745
931
931
1167
47~52
-40~250
强度好,耐高温,弹性好
30W4Cr2VA
442
588
735
735
920
43~47
-40~350
高温强度好,淬透性好。
50CrVA
45~50
-40~210
高疲劳强度,淬透性和回火稳定性好
不锈钢
1Cr18Ni9Ti
324
432
540
540
677
71.5
193
-
-250~300
耐腐蚀,耐高温,适于做小弹簧
4Cr13
442
588
735
735
920
75.5
215
48~53
-40~300
耐腐蚀,耐高温,适于做大弹簧
Co40CrNiTiMo
500
666
834
834
1000
76.5
197
=
-40~500
耐腐蚀,高强度,无磁,高弹性
青铜丝
Qsi-3
265
353
442
442
550
40.2
93
HB90~120
-40~120
耐腐蚀,防磁好
QSn4-3
39.2
Qbe2
353
442
550
550
735
42.2
129.5
37~40
耐腐蚀,防磁,导电性及弹性好
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。
弹簧常用材料
(摘自GB/T1239.6-92)
标准号
标准名称
牌号
直径规格(mm)
剪切模量G(MPa)
推荐硬度HRC
推荐使用温度℃
性 能
GB
4357
碳素弹簧钢丝
25~80
40Mn~70Mn
B级:
0.08~13.0
C级:
0.08~13.0
D级:
0.08~6.0
79000
-
-40~130
强度高,性能好。
B级、C级和D级分别用于低、中和高应力弹簧。
GB
4358
琴钢丝
60~80
T8MnA~T9A
60Mn~70Mn
G1组:
0.08~6.0
G2组:
0.08~6.0
F组:
2.0~5.0
79000
-
-40~130
强度高,韧性好。
用于重要的小弹簧,G2组较G1组强度高,F组主要用于阀弹簧。
GB
4359
阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝
65Mn
70
2.0~6.0
79000
-
-40~150
强度高,性能好。
用于燃机阀门弹簧或类似用途弹簧。
GB
4360
油淬火回火碳素弹簧钢丝
55、60、60Mn、
65、65Mn、70、
70Mn、75、80
A类、B类
2.0~12.0
79000
-
-40~150
强度高,性能好。
适用于普通机械用弹簧。
B类比A类强度高。
GB
4361
油淬火回火硅锰弹簧钢丝
60Si2MnA
A类、B类、C类
2.0~14.0
79000
-
-40~200
强度高,弹性好。
易脱碳,用于叫高负荷的弹簧。
A类和B类用于一般用途的弹簧,B类和C类用于汽车悬挂弹簧。
GB
4362
阀门用油淬火回火铬硅弹簧钢丝
55CrSi
1.6~8.0
79000
-
-40~250
有较强的疲劳强度,用于较高工作温度的高应力燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。
GB
2271
阀门用油淬火回火铬钒弹簧钢丝
50CrVA
1.0~10.0
79000
-
-40~210
有较强的疲劳强度,用于较高工作温度的高应力燃机阀门弹簧或其他类似弹簧。
GB
5218
硅锰弹簧钢丝
60Si2MnA
65Si2MnWA
70SI2MnA
1.0~12.0
79000
45~50
-40~200
强度高,较好的弹性、易脱碳。
用于普通机械的较大弹簧。
GB
5219
铬钒弹簧钢丝
50CrVA
0.8~12.0
79000
45~50
-40~210
高温时强度性能稳定,用于较高温度下的弹簧,如燃机阀门弹簧等。
GB
5220
阀门用铬钒弹簧钢丝
50CrVA
0.5~12.0
79000
45~50
-40~210
高温时强度性能稳定,用于较高温度下的弹簧,如燃机阀门弹簧等。
GB
5221
铬硅弹簧钢丝
55CrSiA
0.8~6.0
79000
45~50
-40~250
高温时强度性能稳定,用于较高温度下的高应力弹簧。
YB(T)
11
弹簧用不锈钢丝
A组:
1Cr18Ni9、 0Cr19Ni10、0Cr17NI12Mo2
B组:
1Cr18Ni9、
0Cr18Ni10
C组:
0Cr17Ni8Al
全部
0.8~12.0
71000
-200~300
耐腐蚀、耐高、低温,用于腐蚀或高、低温条件下工作的小弹簧。
GB
3121
硅青铜线
QSi3-1
0.1~6.0
41000
HB90~100
-40~120
有较高的耐腐蚀和防磁性能。
用于机械和仪表等用弹性元件。
GB
3124
锡青铜线
QSn4-3
QSN6.5-0.1
QSn6.5-0.4
QSn7-0.2
0.1~6.0
40000
HB90~100
-250~120
有较高的耐磨损、耐腐蚀和防磁性能。
用于机械和仪表等用弹性元件。
GB
3134
铍青铜线
QBe2
0.03~6.0
44000
37~40
-200~120
有较高的耐磨损、耐腐蚀、防磁和导电性能。
用于机械和仪表等用精密弹性元件。
GB
1222
热扎弹簧钢
65Mn
5~80
78000
45~50
-40~120
弹性好。
用于普通机械用弹簧。
55Si2Mn
55Si2Mn8
60Si2Mn
60Si2MnA
5~80
78000
45~50
-40~200
较高的疲劳强度,弹性好,广泛用于各种机械、
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