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彈簧材料的要求及特性
發布日期:2013-10-10 (已經被瀏覽6694次)

彈簧的材料


彈簧的材料必須備具高彈性能、高疲勞限度、高抗拉強度及耐沖擊等特性。
彈簧材料依成分不同可分為
一、碳鋼與合金鋼
二、非鐵金屬合金
三、橡皮彈簧等

一、碳鋼與合金鋼

依制造過程可分為兩大類:
1.熱處理彈簧鋼
2.加工彈簧鋼

1.熱處理彈簧鋼

是先將素材制造成形后,再以熱處理的方法使其具有彈性。熱處理彈簧鋼的種類有碳鋼與合金鋼:碳鋼以共析鋼和過共析鋼為主。合金鋼有硅錳鋼(Si-Mn鋼),錳鉻鋼(Mn-Cr鋼),鉻釩鋼(Cr-V鋼),錳鉻硼鋼(Mn-Cr-B鋼)。表5-2所示為AISI(SAE)彈簧鋼種類與其成份。
彈簧鋼的化學成分

2.加工彈簧鋼

加工彈簧鋼的種類有
(1)硬鋼線
(2)琴鋼線
(3)不銹鋼線
(4)冷間壓延鋼帶
(5)不銹鋼帶等

(1)硬鋼線

硬鋼線是由硬線材于常溫狀態伸抽而成,對雜質磷、硫等不純物要求高,其含量在0.004%以下。硬鋼線種類與其成份如表5-3所示。
表5-3 硬鋼線材(彈簧)種類與其成分(%)
表5-3 硬鋼線材(彈簧)種類與其成分(%)

(2)琴鋼線

琴鋼線對磷、硫、銅等不純物含量要求很嚴格,脫碳等表面缺陷要非常少,其經過韌化處理(patenting)后,具高度的伸展性能。在常溫抽成線,(patenting)后具高度的伸展性能在常溫抽成線其機械性質良好、抗拉強度及韌性均大,是優良的彈簧材料。一般琴鋼線的抗拉強度可達350kgf/mm2。琴鋼線種類與其成份如表5-4所示。
琴鋼線種類與其成份

(3)油回火線

油回火線是把鋼材連續抽成直的冷加工線后,再用油回火者。油回火線分碳鋼與合金鋼。如表5-5所示為油回火線的種類與使用材質。合金鋼系油回火線在設計應力、耐疲勞性、耐熱性等都優于碳鋼系油回火線。
油回火線的種類與使用材質

(4)不銹鋼線及鋼帶

不銹鋼用于耐蝕性及耐熱性的地方較多。彈簧用不銹鋼線,以硬質不銹鋼和冷間壓延不銹鋼帶為主。也可使用17-7PH(Ni-Cr-Mn鋼)、鋼線、鋼帶。不銹鋼彈簧成形后,在低溫退火時,其退火溫度約在400℃上下,機械性質最佳。


二、非鐵合金鋼

此類材料制成的彈簧,大都具有良好的抗腐蝕性。常使用者有如下:
1.磷青銅:主要成分為銅、錫合金,有良好的導電性及抗腐蝕性。通常用冷卷法制成彈簧。
2.鈹銅(beryllium copper):除銅外,含鈹量約2%。具有最佳的導電性,此種材料必須用低溫冷卷法制成彈簧。
3.孟鈉(monel)合金:銅與鎳的合金,能耐溫至200℃,具有抗腐性,常帶有少許的磁性,常用于食品工業中使用冷加工法制成彈簧中。
4.K類孟鈉合金:在孟鈉合金中加入約3%的鋁,可用常溫或低溫冷加工。常溫或低溫冷加工
5.英高鎳(Inconel)合金:此材料具耐溫性、抗腐性,在370℃以內不會有松弛現象。適用于在蒸氣閥彈簧、渦輪機及噴射引擎內的彈簧。
6.英高鎳X合金:英高鎳合金加入少許的鈦和鋁的元素,為析出硬化(precipitation-hardened)材料。耐溫程度可高達480℃仍不會有松弛現象。
7.鎳碳鋼:(Ni-span-C)亦為析出硬化材料。鎳碳鋼的彈性系數在-10℃~66℃間,永不變形。

三、橡皮彈簧

橡皮彈簧可分為壓縮性彈簧、伸張性彈簧、剪力彈簧及扭轉彈簧。其優點為具有高單位貯存能量及降低震幅作用,且無噪音。缺點為不耐低溫,不耐蝕及不耐疲勞。因彈性系數為不定值,故不能符合虎克定律。此類彈簧最大的用途在防止振動及吸收沖擊,作為運動的緩沖。
由于塑料工業不斷的進步,目前有很多的樹脂材料可以用作彈簧材料,樹脂材料做的彈簧具有耐酸堿及其他特性。

 
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