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      彈簧鋼材深加工應用和性能優化探討

      來源:彈簧鋼銷售部 作者:網絡信息部 時間:2017-08-10 15:38

        彈簧制造企業及材料加工企業主要完成從熱軋線及板材加工到成為彈簧制造直接狀態的步驟,主要線材改制,如:退火冷拔、表面磨光和剝皮、線材處理等。許多鋼鐵企業也向后一體化發展,為彈簧造企業直接提供所需的原材料。彈簧材料深度加工求及方法往往是根據彈簧制造者的需求決定。

        目前,國內提供的彈簧材料主要執行標準為B/T1222—2007《彈簧鋼》,交貨狀態主要為熱軋狀,材料方式主要為盤料,也有棒料。部分鋼鐵企業供冷拔盤料、銀亮鋼棒、韌化處理鋼絲、熱處理油淬火—回火)線材等。熱軋狀態的彈簧型材(線材、板材、帶材)對彈制造企業來說其特征是表面粗糙、缺陷深度大,通深度是線徑公差之半;表面脫碳層大,熱軋態.5—2.5%線徑,冷拔態1.0—2.0%線徑;線徑公差大,軋態(GB/T14981—20092014GB/T908—2008),冷態(GB/T3078—2008,GB/T905—2008);硬度范圍

        明確,“熱軋+熱處理”的技術規范其硬度是≤BW321,精確硬度需要供需雙方再協定;晶粒度5及偏析2.5等要求偏低;其它如夾雜物級別在國標為非強制規定,上述因素使熱軋交貨狀態不能很好用當前各類彈簧產品的首道成形工藝,也不能滿足簧產品輕量化、高應力和耐久性的質量要求。(中國冶金報)

        鋼鐵企業熱軋型材交貨狀態的

        后續常用加工

        球化退火+冷拔。這是比較傳統的彈簧原材料改制法,通過球化退火細化晶粒、均勻化學成分、軟化體;通過冷拔變形提高線材的圓整度、線徑精度,低表面粗糙度、表面缺陷、脫碳層等從而提高表面量和彈簧成形精度。“球化退火+冷拔”也可作為尺、高精度矯直、表面磨光或剝皮的前道工序。但于球化退火工序成本較高,現在行業內盡量去此工以降低生產成本。此交貨狀態主要適用大料徑彈簧生產、熱卷彈簧生產,以及較小線徑冷成形加熱處理的彈簧生產。

        韌化熱處理。通過彈簧調質熱處理(鉛浴/淬火回火處理)+冷拔變形的一種工藝。一般由專業線材加工企業生產,此類線材特點是非常適用冷卷型彈簧產品制造工藝,同時具有一定的強度和耐久性能。彈簧專業制造企業主要采用這類線材生產各類異型彈簧(卡、拉、扭、壓簧等)。

        油淬火—回火。執行標準為GB/T18983—2003。此類線材是彈簧制造企業用于冷成形工藝方式生產高應力彈簧的主要原材料,其特點是較高的抗拉強度和綜合耐久性能。目前,油淬火—回火彈簧鋼絲的深加工途徑有兩類,常用的是冷拔+油淬火—回火和韌化熱處理后冷拔形變+油淬火—回火熱處理。

        冷拔+油淬火—回火。這類冷拔預處理加熱處理是彈簧線材較為廣泛的深加工方式,也是冷卷成形彈簧的主要原材料交貨狀態。目前既有專業的生產企業如上海中煉、中鋼院中試等公司,也有彈簧制造企業自己生產。此工藝方式通常用于較大線徑(Φ8—16mm)鋼絲。實際上,現在的油淬火—回火熱處理中有油淬火也有水淬火,淬火加熱方式有輻射加熱,也有感應加熱,各有利弊,關鍵是最終輸出的線材技術質量,批量生產為高級線徑8—16mm的油淬火—回火的線材的技術指標已達到Rm2100MPa,Ψ≥35%、表面粗糙度Rz35μm、表面脫碳最深30μm,晶粒度≥10級。常用的高應力彈簧油淬火—回火材料為Rm2000MPa,Ψ≥40%、表面粗糙度Rz50μm,表面脫碳最深50μm、晶粒度≥10級。普通應用的彈簧油淬火—回火材料為Rm1800—1900MPa,Ψ≥40%,表面缺陷深度≤200μm、表面脫碳最深100μm、晶粒度≥7級,線材熱處理的質量提升空間還很大。

        調質處理+冷拔形變+油淬火—回火。這種深加工工藝主要用于彈簧產品技術質量要求高、線徑較細Φ2—6mm的高應力彈簧,經過此工藝深加工,線材具有更高的綜合機械性能,強度、塑性、硬度、韌性和疲勞性能都得到提高。彈簧專業制造企業主要將此類材料用于汽車、內燃機等動力總成系統中的重要彈簧,如:氣門彈簧、變速箱彈簧、離合器彈簧等,其特點是強度高(Rm2200MPa),表面質量好、無脫碳、表面缺陷Rz12μm。

        冷拔形變強化。此類加工工藝主要適用于不銹鋼和有色金屬線材,通過形變強化提高線材的強度來滿足彈簧制造企業對材料的要求。彈簧制造企業直接利用此類材料的強度,通過成形、去應力回火和穩定化處理來達到一般機械彈簧需要的機械性能。

        鋼鐵企業熱軋前提高技術能級的深加工主要在化學成分的優化和精煉、軋鋼工藝的改進。高應力彈簧的主要服役失效模式為腐蝕應力疲勞斷裂,為此彈簧企業期望彈簧材料具有更高的抗腐蝕性能,鋼鐵企業在原有的材料基礎上作了各種改進和優化,如通過微調化學成分、改進精煉技術和大方坯軋鋼工藝等等,做出了超純凈彈簧鋼、超高強度彈簧鋼等從而達到更高強度、更優良抗腐蝕性能的彈簧材料。

        綜上所述,由于不同領域使用彈簧對原材料性能要求不同,一般鋼廠出廠的熱軋狀態必須有不同的深加工以滿足彈簧的專業特性需求,通常是采用熱處理、形變強化等來提高線材性能。

        通過表面剝皮(磨光、拋光等)深加工以消除表面缺陷、降低表面粗糙度、脫碳層、腐蝕坑、折疊裂紋,從而能有效地提高線材質量來滿足輕量化彈簧的設計要求。

        特殊線材的機械加工,如:線材外徑尺寸和形狀上的加工能更好地滿足彈簧制造企業產品輕量化設計需要。卵形、D形、梯形、矩形等截面鋼絲和線材可以更好地滿足高應力氣門彈簧、模具彈簧、離合器彈簧等;變徑線材可以更好地滿足非線性特性的彈簧,如變剛度彈簧、Mini—Block(緊湊型)彈簧等。

        隨著國家對節能減排要求不斷提高,最終產品輕量化要求日益趨高。除開發新型輕質復合材料(高強度纖維材料)外,還需要不斷提高傳統彈簧材料的抗拉強度和耐腐蝕性能以實現更高的工作應力。

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