不同金属成分在弹簧材料中的作用

弹簧材料

　　化学元素对弹簧性能的影响。

　　1.碳弹簧中的碳含量增加了屈服点和抗拉强度，但塑性和冲击性降低。当碳含量超过0.23%时，弹簧的可焊性恶化，因此用于焊接的低合金结构钢的碳含量一般不超过0.20%。高碳含量也会降低弹簧的耐大气腐蚀性。露天场地的高碳钢容易生锈。此外，碳可以增加弹簧的冷脆性和老化敏感性。

　　2.在炼钢过程中添加硅作为还原剂和脱氧剂，因此镇静钢中含有0.15-0.30%的硅。如果弹簧中的硅含量超过0.50-0.60%，硅是一种合金元素，硅可以显著提高钢的弹性极限屈服点和抗拉强度，因此被广泛用作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅可使强度提高15-20%。

　　硅和钼、钨和铬的结合可以提高耐腐蚀性和抗氧化性，从而生产耐热钢。含1-4%硅的低碳钢具有极高的磁导率，用于制造电气工业中的硅钢片。硅含量的增加会降低弹簧的可焊性。

　　3.锰是炼钢过程中很好的脱氧剂和脱硫剂。通常，弹簧含有0.30-0.50%的锰。当碳钢中添加超过0.70%时，即使“锰钢”不仅具有足够的韧性，而且具有更高的强度和硬度，以提高钢的淬透性和改善钢的热加工性，如16Mn钢，也比A3钢的屈服点高40%。含锰11-14%的钢对挖掘机、铲斗、球磨机、衬板等具有极高的耐磨性。锰含量的增加会削弱弹簧的耐腐蚀性，并降低焊接性能。

　　4.磷一般来说，磷是钢中的一种有害元素，它会增加钢的冷脆性，降低可焊性，降低塑性，并恶化冷弯性能。因此，一般要求钢中磷含量小于0.045%，对优质钢的要求较低。

　　5.硫在正常情况下也是有害元素。

　　弹簧的热脆性降低了弹簧的延展性和韧性，并在锻造和轧制过程中导致裂纹。硫也不利于焊接性能，降低耐腐蚀性。因此，一般要求硫含量小于0.055%，优质钢材小于0.040%。向钢中添加0.08-0.20%的硫可以提高钢的可加工性，通常称为稀土切割钢。

　　6.铬在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬还可以提高弹簧的抗氧化性和耐腐蚀性，是不锈钢和耐热钢的重要合金元素。

　　7.镍可以提高弹簧的强度，同时保持良好的塑性和韧性。镍具有很高的耐酸和碱腐蚀性，并且在高温下具有防锈和耐热性。然而，由于镍是一种稀缺资源，应尽可能使用其他合金元素代替镍铬钢。

　　8.钼可以细化晶粒，提高弹簧的淬透性和热强度，以在高温下保持足够的强度和抗蠕变性能（高温下的长期应力变形称为蠕变）。在结构钢中添加钼可以改善其力学性能。它还可以抑制合金钢因火灾引起的脆性。工具钢的红色度可以提高。

　　9钛在春天是一种强脱氧剂。它可以使弹簧内部结构紧凑，细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在cr18ni9奥氏体不锈钢中加入适量的钛可以避免晶间腐蚀。

　　10钒是一种优良的弹簧脱氧剂。在弹簧中加入0.5%的钒可以细化弹簧的组织，提高弹簧的强度和韧性。钒和碳形成的碳化物可以提高高温高压下的抗氢腐蚀性能。

　　11高熔点、高比重的钨是贵生的合金元素。钨与碳反应生成具有高硬度和耐磨性的碳化钨。在工具钢中添加钨可以显著提高刀具和锻模的红色硬度和热强度。

　　12铌可以细化晶粒，降低弹簧的过热敏感性和回火脆性，但可以提高弹簧的强度，但会降低其塑性和韧性。在普通低合金钢中添加铌，可提高其耐大气腐蚀性能和耐高温氢、氮、氨腐蚀性能。铌可以改善焊接性。在奥氏体不锈钢中添加铌可以防止晶间腐蚀。钴是一种稀有的贵金属，用于特殊弹簧和合金，如热轧钢和磁性材料。

　　14铜武钢大冶矿生产的钢通常含有铜。铜可以提高强度和韧性，尤其是大气腐蚀。缺点是在热加工过程中，容易产生含量超过0.5%的热脆性铜，塑性显著降低。当铜含量小于0.50%时，对焊接性没有影响。

　　15铝是钢中常用的脱氧剂。在钢中加入少量铝可以细化晶粒，提高冲击韧性，如用作深冲板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和耐腐蚀性。铝与铬、硅的结合能显著提高钢的高温剥离性能和耐高温腐蚀性能。铝的缺点是影响钢的热加工性、焊接性和机械加工性。

　　16在硼钢中加入少量硼可提高弹簧的致密性和热轧性能。

　　17氮气可以提高弹簧的强度、低温韧性和焊接性，并增加时效敏感性。

　　18稀土元素指元素周期表中原子序数为57-71的15种镧系元素。这些元素都是金属，但它们的氧化物与“土”非常相似，因此习惯上称之为稀土。向钢中添加稀土可以改变钢中夹杂物的成分、形状、分布和性能，从而改善钢的各种性能，如韧性和可焊性。在犁铧钢中加入稀土可以提高耐磨性。