弹簧弹力计算A

1、141弹簧弹力计算压力弹簧的设计数据，除弹簧尺寸外，更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷；弹簧常数：以k表示，当弹簧被压缩时，每增加1距离的负荷(km弹簧常数公式(劲度系数)(单位：k):K=(GXd4/(8XDm3XNc)G=线材的钢性模数：琴钢丝G=0不锈钢丝G=o磷青铜线G=0黄铜线G=线径=外径=内径=中径二总圈数有效圈数=弹簧常数计算范例线径=外径=总圈数=圈钢丝材质=琴钢丝K=(GXd4/(8XDm3XNc)-(8000X24)/(8X203X3.5)=0.571kgf/mm拉力弹簧拉力弹簧的k直与压力弹簧的计算公式相同。拉力弹簧的初张力：初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的

2、力，初张力在弹簧卷制成形后发生。拉力弹簧在制作时，因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同，使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。所以安装各规格的拉力弹簧时，应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。初张力=(kXF1)=最大负荷(弹簧常数X拉伸长度)扭力弹簧弹簧常数：以k表示当弹簧被扭转时，每增加1扭转角的负荷(k弹簧常数公式(单位：k)K載Xd4/(1167XDmXpXNXR)线材之钢性模数：琴钢丝=1不锈钢丝=1磷青铜线=11黄铜线=11线径=外径=内径=中径二总圈数负荷作用的力臂压丈弹黄的设计数据.陳弾賢尺寸外，更需要计翼出盘丈炎荷及变橙用寸的费荷

3、L弹簧常数：以k表示，当弾侵被压堀时.每埴加Iim距离的负荷(kgf/mm)；弾贺常数佥成f单位：kglitwJ:K=(GX日八/(SX)mXNcJG-线材的钢性模数：埠钢b-8000；不锈钢G-7300：磷青铜线G-45OO:黄融萨350Q碱径Ho-OT/yb耗Di-ftk内轻lki=M【片中神=恥dN逋關数心有效圈如讒0.16224J335拉力却翦的kfA.jik/j弹猱的irn公式相同.拉力彈箕的初张力，初张力等于适足拉开互#制作时*因钢丝材质、銭栓、弹餐指数、静乍平切的现彖.所以安装符规格的拉力弹後时,初张力中-(kXFl-堆大负荷-【弹淺常数:細的弹贺并圈并站的fj初账力在萍冕盏洞滑

4、油脂、热处理、电镀鏗不同.使却徃址刑拉華齐井罔之间稍则分H知恫讪马5#fe)弹簧常数,以k光丞，巧弹洗鞭扭转时.W弹銀常数公式(.取位:kgf伽门:K=(EXdE=线材之钢性模数：琴钢莖E吨皿肿不锈钢卜纯径加=0D=外袴Di=TD=内径咖厂押尸中轻-ki-d囁圈数皓负荷作用的力骨p=3.U16uifl扭转角的负荷W/im).)/(1I67XDTriXpXNXR)E-19400磷青铜线怡1W00蔬铜钱庆112K(k叮jtim)1)2911712弹簧的工作载荷Fx应该在0.2FsWFxW0.8Fs(Fs为试验载荷：测定弹簧特性是应加的最大载荷)弹簧钢丝和弹性合金丝(上)东北特殊钢集团大连钢丝制品公

5、司徐效谦弹性材料是机械和仪表制造业广泛采用的制作各种零件和元件的基础材料，它在各类机械和仪表中的主要作用有：通过变形来吸收振动和冲击能量，缓和机械或零部件的震动和冲击；利用自身形变时所储存的能量来控制机械或零部件的运动；实现介质隔离、密封、软轴连接等功能。还可以利用弹性材料的弹性、耐蚀性、导磁、导电性等物理特性，制成仪器、仪表元件，将压力、张力、温度等物理量转换成位移量，以便对这些物理量进行测量或控制。1弹性材料的分类1.1按化学成分分类弹性材料可分为：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、铁基弹性合金、镍基弹性合金、钴基弹性合金等。1.2按使用特性分类根据弹性材料使用特性，可作如下分类：1.2

6、.通1用弹簧钢（1形）变强化弹簧钢：碳素弹簧钢丝。（2马）氏体强化弹簧钢：油淬火回火钢丝。（3综）合强化弹簧钢：沉淀硬化不锈钢丝1.2.弹2性合金（耐1蚀）高弹性合金（高2温）高弹性合金（恒3弹）性合金（4具）有特殊机械性能、物理性能的弹性合金2弹簧钢和弹性合金的主要性能指标2.1弹性模量钢丝在拉力作用下产生变形，当拉力不超过一定值时，变形大小与外力成正比，通常称为虎克定律。公式如下：CT式中一应变（变形大小）CT应力（外力大小）E一拉伸弹性模量拉伸弹性模量（又称为杨氏弹性模量或弹性模量）是衡量金属材料产生弹性变形难易程度的指标，不同牌号弹性模量各不相同，同一牌号的弹性模量基本是一个常数。工程

7、上除表示金属抵抗拉力变形能力的弹性模量外（），还经常用到表示金属抵抗切应力变形能力的切变弹性模量（）。拉伸弹性模量与切变弹性模量之间有一固定关系：，M称为泊桑比，同一牌号的泊桑比是一定数，弹性材料的p值一般在之间。和是弹簧设计时两个重要技术参数（拉压螺旋弹簧的轴向载荷力，扭转螺旋弹簧的刚度）。冷拉碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢丝的和值如表。表弹簧钢的和值材料名称冷拉碳素弹簧（，）80冷拉碳素弹簧（，）弹性极限和屈服极限钢丝在弹性范围内承受外力产生一定变形，外力消除钢丝恢复原状，钢丝不产生永久残余变形所能承受的最大应力称为弹性极限。弹性极限高的钢丝弹力大，根据弹簧使用状态，影响弹力的弹性极限可分为扭转

8、弹性极限（T）和拉伸弹性极限（）两种。压缩拉伸螺旋弹簧用到扭转弹性极限，弹簧垫和板弹簧用到拉伸弹性极限。弹簧一项重要功能是吸收和储存能量，吸收和储存的能量称为变形能。弹簧的变形能与弹性极限的平方成正比（T2/2G或U=22/2E），所以说弹性极限对弹簧特性有很大的影响。钢丝在拉伸试验中很难精确地测出其弹性极限，一般用屈服极限衡量弹性极限。屈服极限（）指钢丝在拉伸过程中开始产生不可恢复的塑性变形时的最小应力。碳素弹簧钢丝屈服点非常不明显，通常取钢丝产生的残余变形时的应力作为屈服极限（）。钢丝在退火或固溶条件下，弹性极限和屈服极限很接近，经大减面率拉拔后或经淬火后的钢丝，由于内应力作用往往有很高的

9、屈服极限，但弹簧极限却很低。只有经消除应力退火或回火处理后的钢丝弹性极限才接近屈服极限。弹性极限一般与抗拉强度有一定比例关系。常见弹簧钢的拉伸弹性极限和扭转弹性极限如表，表弹性极限为抗拉强度的百分比材料名称拉伸弹性极限扭转弹性极限冷拉碳素弹簧钢丝油淬火回火碳素弹簧钢丝油淬火回火（油淬火回火）（油淬火回火）抗拉强度和屈服比抗拉强度是衡量钢丝承受拉力能力的指标，拉力试验中以钢丝拉断时最大拉力除以钢丝截面积来表示。抗拉强度是弹簧钢丝最重要指标。屈服极限与抗拉强度的比值，称为屈强比，也是衡量弹簧钢丝质量水平的一项重要指标。碳素弹簧钢丝和合金弹簧钢退火状态下的屈强比大约为，奥氏体不锈钢固溶状态下的屈强比

10、一般不超过。冷拉过程中钢丝屈服极限和抗拉强度同时上升，但屈服极限上升幅度远大于抗拉强度，碳素和不锈弹簧钢丝的屈服比高达以上。合金弹簧钢丝淬火回火后的屈服比也达到02.4疲劳寿命和疲劳极限弹性元件在交变载荷作用下，经若干次动作产生裂纹叫疲劳断裂0弹性元件断裂时完成动作次数多，叫疲劳寿命好，反之叫疲劳寿命差0实际上弹性元件疲劳寿命与载荷的大小、方向、随时间变化规律有很大关系0在载荷大、振幅大条件下，弹性元件断裂的循环次数就降低，工程中用疲劳极限来衡量弹簧钢丝的疲劳性能好坏，一般将经170次循环动作，不产生断裂时的最大负载应力叫疲劳极限0弹簧钢丝的疲劳极限与钢丝的屈服极限成正比，要提高疲劳极限就应设

11、法提高钢丝屈服强度，或提高屈强比0介绍几个预测疲劳寿命的经验公式：OOT式中：O反复弯曲疲劳极限O反复拉压疲劳极限T反复扭转疲劳极限疲劳断裂往往先从钢丝表面形成，并向内部传播，表面质量非常重要0钢丝表面裂纹、划伤、边刺、斑疤、麻点、锈蚀坑和锈蚀皮都会造成钢丝疲劳极限下降0提高表面光洁度和采用工艺措施提高钢丝表面强度是提高疲劳极限的有效方法0因此对疲劳寿命要求高的用户，应推荐选用磨光钢丝0弹簧厂对弹簧表面进行渗氮处理、喷丸处理和压光处理，目的是通过提高表面强度来提高疲劳极限0钢丝表面脱碳造成表面强度降低，很薄的脱碳层也会导致疲劳极限的急剧下降0碳素弹簧钢丝采用连续炉热处理，在炉时间为数分钟，产生

12、脱碳的可能性很小0合金弹簧采用周期炉热处理，在炉时间以小时计算，防止脱碳是工艺控制的重点02.5蠕变和松弛在弹簧的两端施加一定的拉应力（低于弹性极限），弹簧产生一定的伸长，但随着时间加长，伸长量缓慢增加，叫做蠕变0钢丝蠕变往往经历从缓慢变化到加速变化，直至断裂的过程0钢丝蠕变在常温下不明显，但随温度升高而加速0工程上用弹簧在一定温度，持续一段时间，产生一定量变形所施加的应力来定义蠕变极限。如表示弹簧在温度C,持续一小时，产生形变，需施加（）的应力。使弹簧产生一定量的变形，就产生一定量的应力，但随着时间的持续，应力逐渐减小，叫做应力松弛0例如用螺栓压紧个零件，需转动螺帽使螺栓拉长，产生一定的弹性

13、变形，形成相应的压应力0在较高温度下，经过一段时间后，虽然螺栓位置不变，但压应力逐渐减小，就叫应力松弛0松弛是随时间持续部分弹性变形转化为塑性变形造成的0松弛有几种表示方法：松弛率：经过一段时间，应力减小值与原始应力之比，即（）X残余应力：一般指小时后的残余应力，越高说明材料抗松弛性能越好。蠕变和松弛都是衡量弹簧稳定性的指标，共同特点是随温度升高、时间加长，表现的越加明显0影响蠕变性能的因素有：钢中气体和夹杂物含量：含量低蠕变小。晶粒度：粗晶粒度钢有较高的抗蠕变能力。合金元素的固溶强化作用：采用少量多元合金可提高抗蠕变性能。第二相弥散析出可提高抗蠕变性能。松弛是弹性滞后的一种反映。主要取决于钢

14、的化学成分和组织结构。2.6弹性减退弹性减退（简称弹减性）是指室温下，弹性材料在交变动载荷或静载荷作用下，发生塑性变形的一种力学现象。弹减性与蠕变和松驰的差别在于：蠕变是指在恒定应力作用下，应变缓慢增加；松弛是指恒应变条件下的应力自发下降；弹减性是指交变载荷下的应力减退。因此可以说，蠕变和松驰是特定条件下的弹性减退，三者反映出材料的同一本质特性。大多数弹簧工作时应力和应变均发生变化，因此弹性减退是弹簧使用过程中最常见现象。评定弹性减退的实验方法有两类：成品弹簧直接评定和试样间接评定。以螺旋弹簧为例，检测弹减性的步骤为：先施加载荷，将弹簧压至最低高度（约为弹簧自由高度的）后卸载，测得自由高度；将

15、弹簧压缩到某一规定高度（约为的）3记下所需载荷；卸掉弹簧载荷后，再重新加载荷，将弹簧压缩至最低高度，保持较长时间，如或更长时间（根据材料的弹减抗力、弹簧参数及等因素确定）；卸载后测定此时弹簧的自由咼度；最后再将弹簧压缩至规定咼度，记下所需载荷2计算出弹簧自由高度的损失厶和承载能力降低值:根据和4的大小判定弹性材料的弹减抗力，和4越小，弹减抗力越大。此外,成品弹簧弹减性检测方法还有：动态松驰试验法和螺旋弹簧剪切试验法等。试样间接评定基本采用金属拉伸试样，检测方法有：拉伸松驰试验法、鲍辛格（）扭转试验法、鲍辛格拉、压试验法和扭转蠕变试验法。一般说来，弹簧实物检测接近使用实际，检测结果直观、实用，但

16、不同形状弹簧检测结果没有可比性。试样检测结果一般为一组数据或曲线图，能反映出材料的弹减性、有可比性，但检测步骤复杂、周期长、需要配置专用的检测设备。2.7弹性的时间效应除蠕变、松弛和弹性减退性能外，反映弹性时间效应的技术指标有：（；弹）性滞后弹性材料在弹性变形范围内，反复加载和卸载，应变总是落后于应力变化，叫弹性滞后。对于仪表用弹性元件（如张力丝、膜盒），弹性滞后可能导致仪表给出不同的读数，所以要求弹性滞后越小越好。（2弹）性后效弹性元件加载荷后产生应变w见图，载荷持续一段时间后应变量增加w，则弹性后效为。i=wt/we+Hwt）加载时的为正弹性后效，卸载时为反弹性后效。测量弹性后效时，以加载

17、和卸载分钟时测量结果进行计算。碳素弹簧钢的弹性后效值高达，弹性合金弹性后效值可低到0.0。5%弹性的能量效应弹性元件周期振动时，应变滞后于应力，使应力、应变曲线出现滞后环（图；，。滞后环所包围的面积等于振动一周消耗的能量，这些能量转化为热量散失，这种现象称为内耗或阻尼，用表示。它的倒数称为机械品质因数，用表示。在实际应用中，对金属材料的内耗特性有不同要求，用于减震的弹簧，要求材料有尽量能大的内耗值，以尽快减少共振时的应力幅度。用于滤波器中振子和音叉振荡器的弹性元件，要内耗越小越好，即机械品质因素越大越好。金属材料内耗主要取决于化学成分及组织结构，但冷加工使内耗增加，退火使内耗降低。图1单向循环

18、载荷的弹性滞后环弹性的温度效应最高使用温度弹性材料必须在弹性极限范围内使用，当使用应力超过弹性极限时，弹簧失效。金属和合金的抗拉强度和弹性极限随着温度上升而下降，同时随着温度的上升，材料的蠕变或松弛加大，弹簧变形加大，弹性减退。当温度高到一定限度，弹簧就无法使用了，所以弹性材料都存在着最高允许使用温度的限制。弹簧钢丝和弹性合金丝的最高使用温度主要取决于材料的化学成分，其次是显微组织结构。常用弹性材料的最高使用温度如表3表常用弹性材料的最高使用温度牌号最高使用温度C牌号最高使用温度C冷拉碳素弹簧钢丝油淬火回火碳素弹簧钢丝弹性模量温度系数反映弹性温度效应的指标还有弹性模量温度系数和频率温度系数。碳

19、素弹簧钢和合金弹簧钢温度系数比较大，实际使用中很少用到这一概念。对于制作仪器仪表用弹性敏感元件的弹性合金丝来说，弹性模量温度系数和频率温度系数是两项非常重要指标。大多数金属和合金的弹性模量和切变弹性模量是随着温度升高而下降的，这种变化被称为弹性模量温度关系的正常变化。可以分别用B和B来表示和的弹性模量温度系数，弹性合金标准经常用到某一温度区间的弹性模量温度系数，其定义为：式中：B弹性模量温度系数，xCB切变弹性模量温度系数，xC、一温度，c。金属和合金的弹性模量温度系数与线膨胀系数一样，是与原子间距变化密切相关的物理量，两者之间的比值是一个常数，即一般金属和合金（部分铁磁性合金除外）的大约在3

20、左右，所以在温度变化范围不太大时，可以按值近似地估算出B的值。因为，是随着温度升高而增加的，B值一般小于B值。频率温度系数用弹性材料制作的一些弹性元件，如滤波振子和音叉等，工作时要用到频率温度系数这项性能，频率温度系数是衡量材料的共振频率随温度变化状况的物理量，常用来表示。弹性材料的共振频率与弹性模量之间有如下关系：式中：一弹性模量共振频率弹性试样长度弹性试样直径常数由上式可以导出频率温度系数与弹性模量温度系数之间的关系弯曲振动时的频率温度系数：扭振动时的频率温度系数：式中：线膨胀系数（4铁）磁性金属和合金的弹性反常变化一般金属和合金的弹性模量和共振频率是随温度上升而降低的Bv=，而纯镍和部分

21、-合金在室温附近的弹性模量变化很小B心,甚至增大B,这种现象被称为弹性反常变化。弹性反常变化原因是：在一定的温度范围内，材料内部组织结构发生了额外的尺寸或体积变化，如相变、有序无序转变和铁磁性能变化等。恒弹性合金正是利用铁磁合金弹性反常变化规律研制出来的一类弹性材料。弹簧钢丝工艺性能指标弹簧绕制过程中钢丝承受弯曲、扭转和缠绕三种力，与此对应成品钢丝需进行弯曲、扭转和缠绕三项试验。（1）弯曲试验弯曲试验方法有了两种：单次弯曲和反复弯曲。单次弯曲适用于直径较大的钢丝（）,试样沿的圆弧向不同方向弯曲，钢丝不得有裂纹和折断。反复弯曲试验是将试样一端夹紧，沿着规定半径的圆柱形表面弯曲，然后向相反方向反复

22、弯曲，直至断裂，记下反复弯曲次数（）。钢丝弯曲次数和弯曲半径（圆柱半径）密切相关，弯曲半径增大，弯曲次数显著提高。金属材料线材反复弯曲试验方法规定，不同规格钢丝弯曲圆弧半径如表4表钢丝弯曲试验的弯曲半径、距离和孔径钢丝直径弯曲圆弧半径拨杆距离拨杆孔直径土土土土土和土和土和土和土和土和注：应根据线材直径选用合适的拨杆孔直径，保证线材在孔内自由移动。反复弯曲试验的实质是:检验钢丝在一个平面内进次多次反向弯曲时所能承受的变形能力。钢丝沿弯曲圆柱弯曲时，外层表面会产生一定的延伸变形，其弯曲伸长率可用公式表示：式中：一弯曲伸长率钢丝直径检验标准中的弯曲圆柱的半径是按钢丝外层表面弯曲伸长率不超过20确%定

23、的，每一组距钢丝对应一定的圆柱半径。在同一组距中，直径最细的钢丝弯曲伸长率最小%弯曲次数最高。随着钢丝直径加大，钢丝弯曲伸长率加大弯曲次数均匀下降，一直过渡到下一个较大弯曲圆柱半径为止。同一规格钢丝在不同弯曲半径条件下弯曲次数可以用经验公式来换算：式中：、一弯曲半径弯曲次数从公式可以看出，弯曲半径对弯曲次数有决定性的影响，实际检验过程中因弯曲圆柱面不均匀磨损，弯曲半径又很难检定，同一组钢丝在不同部门，不同弯曲机上的检测结果往往有很大误差，所以碳素弹簧钢丝国家标准中早己取消了该项检验。碳素弹簧钢丝弯曲值随抗拉强度提高而增加，而矫直和消除应力退火导致弯曲值下降。(2扭弯转试验扭转性能是冷拉碳素弹簧

24、钢丝的一项重要的考核指标。扭转试验实质是：沿中心旋转钢丝，使钢丝截面从里到外产生不均匀变形，离中心越远处承受的扭矩越大，当变形应力累加到超过承受能力时，钢丝断裂。如果钢丝截面组织、成分均匀，无缺陷，扭转断口平齐，垂直或近似垂直于轴线；如果截面组织、成分不均匀，有明显缺陷，扭转断口呈不规则的层状或撕裂状。根据扭转变形特征可以看出，扭转次数与钢丝直径密切相关，大规格钢丝截面扭矩差别大，不均匀变形更强烈，能承受的扭转次数偏低；小规格钢丝能承受的扭转次数明显偏高。通过分析还可以看出：扭转试验主要考核钢丝表面质量和内部应力分布状态。钢丝表面裂纹、边刺、斑疤和折叠会导致扭转次数大幅度下降。内部应力分布不均

25、或钢丝拉拔时冷却不当、润滑不良、模具不好导致钢丝温升过高，产生时效应变都会使扭转性能显著降低。从工艺操作角度分析，增加拉拔道次、小减面率（10）%改修都能改变钢丝内部应力分布状态，提高扭转次数。从组织结构角度分析，加大晶粒度或提高索氏体片的厚度可以提高扭转值，实际操作就是降低铅浴处理的收线速度、提高炉温和铅温。钢丝的扭转次数可以用以下公式预测：XX中X（中中）式中：一一扭转次数预测值；扭转试样长度（）；钢丝直径（）;中变形指数（中2）；中真实变形指数。从公式中可以看出扭转次数与扭转试样长度（扭距）成正比，与钢丝直径成反比。预测值与实际值约有土的偏差。金属线材扭转试验方法规定产品标准未作特殊说明

26、时，扭转试验标距及每分钟最大扭转次数如表5表单向扭转试验标距及允许扭转速度钢丝直径两夹头间标距最大扭转次数VVV值得指出的是：碳素弹簧钢丝标准规定的单向扭转次数是指扭距为时的次数，实际测量结果需要按扭距比例进行换算。换算时应注意，扭距与扭转次数並不是严格的正比关系，因为随着扭距加长，钢丝产生局部不均匀变形的可能性加大；另外，尽管钢丝两端施加了一定的拉应力W长扭距钢丝产生局部弯曲的可能性也比短扭距要大。一般说来扭距加大倍，扭转次数略小于倍次数；扭距缩小倍，扭转次数略大于倍次数，偏差不超过0）缠绕试验缠绕试验是考察钢丝绕制弹簧是否顺利的最直接的方法。无论冷拉弹簧钢丝还是油淬火回火钢丝均考核缠绕性能

27、。一般说来大规格钢丝（少）检测单次弯曲性能，中小规格钢丝（ew）检测缠绕性能。缠绕试验现行标准为：金属材料线材缠绕试验方法，试验方法为:钢在直径为的芯棒上紧密缠绕圈，不出现裂纹和折断为合格。弹簧钢丝和弹性合金使用特性弹簧在弹性范围内使用，卸载后应回复到原来位置，希望塑性变形越小越好，因此钢丝应具有高的弹性极限，屈服强度和抗拉强度。屈强比越高，弹性极限就越接近抗拉强度,因而越能提咼强度利用率，制成的弹簧弹力越强。弹簧依靠弹性变形吸收冲击能量，所以弹簧钢丝不一定要有很高的塑性，但起码要有能承受弹簧成型的塑性，以及足够的能承受冲击能量的韧性。弹簧通常在交变应力作用下长期工作，因此要有很高的疲劳极限，

28、以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。在特定环境中使用的弹簧，对钢丝还会有一些特殊要求，例如：在腐蚀介质中使用的弹簧，必须有良好的抗腐蚀性能。精密仪器中使用的弹簧，应具有长期稳定性和灵敏性，温度系数要低，品质因素要高，后效作用要小，弹性模量要恒定。在高温条件下工作的弹簧,要求在高温时仍能保持足够的弹性极限和良好的抗蠕变性能等。此外，还应考虑弹簧钢丝的成形工艺和热处理工艺。冷拉弹簧钢丝和油淬火回火弹簧钢丝都以供货状态钢丝直接绕制弹簧，弹簧成形后经消除应力处理即可使用。中小规格的冷拉钢丝的抗拉强度要略高于油淬火回火钢丝。大规格冷拉钢丝变形抗力太大，冷拔时模具损耗也很大，生产困难；另外盘卷状态供货的冷拉钢丝

29、，弹直性差，绕簧时形状不规则，实际使用规格一般不超过0油淬火回火钢丝弹直性好，使用规格可放大到0直径以上的钢丝大多以轻拉状态供货，加热绕制成弹簧后再进行淬火回火处理。弹簧根据运行状态可分为静态簧和动态簧。静态弹簧指服役期振动次数有限的弹簧，如安全阀弹簧，弹簧垫，秤盘弹簧，定载荷弹簧，机械弹簧，手表游丝等。动态弹簧指服役期振动次数达x次以上的弹簧，如发动机阀门弹簧，车辆悬挂簧，防震弹簧，联轴器弹簧，电梯缓冲弹簧等。静态弹簧选材时主要考虑抗拉强度和稳定性，动态弹簧选材时主要考虑疲劳，松弛及共振性能。弹簧根据载荷状况可分为轻载荷、一般载荷和重载荷三种状态。轻载荷指承受静态应力,应力较低，变形量较小的

30、弹簧，如安全装置用弹簧，吸收振动用弹簧等。设计使用寿命次。一般载荷指设计寿命次，在振动频率次条件下使用的普通弹簧。在许用应力见见图范围内，寿命保证x次，载荷应力越低，寿命越长。图冷拉碳素弹簧钢丝级别II制作压缩和拉伸弹簧时推荐许用应力重载荷指长时间工作、振动频繁的弹簧。如阀门弹簧，空气锤、压力机、液压控制器弹簧，其载荷较高，常常在低于许用应力左右使用，使用寿命大于X次，通常为次。弹簧选材的原则是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量最大的钢类。钢中含的碳和的锰，不再添加其它合金元素，使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热处理，可以获得很

31、高的抗拉强度，足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低,抗松弛性能和耐蚀性能差，弹性模量的温度系数较大高达XC,适用于制造截面较小，工作温度较低的弹簧。合金弹簧钢一般含的碳和一定量的，及等合金元素。合金元素的加入改善弹簧钢的抗松弛性能，提高钢的韧性，同时显著提高钢的淬透性和使用温度，适用于制造较大截面，较高温度下使用的弹簧。国内外弹簧钢常用牌号对照如表6表国内外弹簧钢常用牌号对照表中国日本美国德国高弹性合金（）是奥氏体沉淀硬化型合金，具有高的弹性极限，良好的抗松弛性能，优良的耐蚀性能，无磁，最高使用温度C,主要用于制作自动化仪表中的波纹管，螺旋弹簧，压力传感器传送杆等。恒弹性合金（）的

32、弹性模量高，弹性模量温度系数可以通过热处理调整，在室温条件下，温度系数可以调到接近零的水平（VXC）,弹性后效低（V）,品质因素高（=），加工性能好，可制成形状复杂的弹性元件。主要用于制造声学，电学仪器中的频率发生元件，如机械滤波器的振子、标准频率震荡器，和制造精密灵敏弹性元件，如精密天平的弹簧和膜片，以及钟表游丝等。钻基弹性合金2）和2）是综合性能优异的弹性合金，具有高的弹性模量，高的弹性极限，极低的弹性后效（）。经冷加工其抗拉强度高达，同时还具有高的疲劳寿命，高硬度，高耐磨，缺口敏感性低，工作温度高达Co主要用于制作轴类，张力丝，特种轴承，对弹性敏感性要求高的弹性元件。是沉淀硬化型高温合金

33、，在固溶冷变形时效处理状态下，具有很高的蠕变极限和高温持久性能，优异的疲劳强度和抗松弛性能，即使在C高温下，其值为，值为。主要用于制作飞机发动机油门弹簧，显像管支撑弹簧，发动机片弹簧等。弹簧钢丝标准，应用范围及工艺控制要点。我国弹簧钢丝标准分钢类制定，包括碳素弹簧钢丝标准个，合金弹簧钢丝标准个,油淬火回火弹簧钢丝标准个，弹性合金标准个，标准明细如表7表弹簧钢丝标准明细序号标准代号标准名称非机械弹簧用碳素弹簧钢丝碳素弹簧钢丝重要用途碳素弹簧钢丝特殊用途碳素弹簧钢丝规范航空用碳素弹簧钢丝规范合金弹簧钢丝航空用合金弹簧钢丝规范油淬火回火弹簧钢丝弹性元件用合金和频率元件用恒弹性合金和弹性元件用合金轴尖

34、用合金丝材正温度系数恒弹性合金抗震耐磨轴尖合金发条用高弹性合金（）碳素弹簧钢丝碳素弹簧钢丝现行国标和行业标准分为两类型：一类是冷变形强化钢丝，又称冷拉弹簧钢丝。冷拉碳素弹簧钢丝首先经铅浴处理获得索氏体组织，然后经表面磷化，以很大减面率拉拔到成品尺寸，钢丝组织呈纤维状，有很高的抗拉强度和弹性极限，良好的弯曲和扭转性能。冷拉弹簧钢丝尺寸精度高，表面光洁，无氧化和脱碳缺陷，疲劳寿命比较稳定，是使用最广泛的弹簧钢丝。碳素弹簧钢丝的另一类型是马氏体强化钢丝，又称油淬火回火钢丝。碳素钢丝通过淬火回火处理，可获得良好的综合力学性能，当钢丝规格较小时（UW）m油淬火回火钢丝的各项强度指标比索氏体化处理后冷拉钢

35、丝要低。当钢丝规格较大时（U三）索氏体化的钢丝不可能采用很大减面率来获得所要求的强度指标，而油淬火回火钢丝只要完全淬透就可以获得比冷拉钢丝更高的性能。在抗拉强度相同条件下，马氏体强化钢丝比冷变形强化钢丝具有更高的弹性极限。冷拉钢丝金相组织呈纤维状，各向异性明显，油淬火回火钢丝金相组织为均匀的回火马氏体，几乎是各向同性的。同时油淬火回火钢丝的抗松弛性能优于冷拉钢丝，使用温度（WC）也高于冷拉钢丝（CC）。近年来中大规格油淬火回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。下面按标准介绍各类碳素弹簧钢丝的应用范围及工艺控制要点。非机械弹簧用碳素弹簧钢丝该标准适用于沙发垫簧，座垫、靠背拉簧，卡簧，夹簧等非机械弹簧用碳

36、素弹簧钢丝。标准按抗拉强度要求不同将钢丝分成，九个组别，每个组别钢丝不分规格大小按一个强度范围供货，抗拉强度偏差W。，和组用于制造较低应力弹簧。和用于制造一般应力弹簧。，和用于制造较高应力弹簧。床垫簧一般选用和组别。从使用状态分析，该标准钢丝基本属于静态簧，成品钢丝仅考核抗拉强度、缠绕和单次弯曲三项性能，详见表8表非机械弹簧用碳素弹簧钢丝组别直径范围抗拉强度用途用于较低应力弹簧用于较低应力弹簧用于较低应力弹簧用于一般应力弹簧用于一般应力弹簧用于一般应力弹簧用于较高应力弹簧用于较高应力弹簧用于较高应力弹簧说明：ew钢丝在芯棒上缠绕两圈无裂纹或折断。e钢丝进行弯曲试验，试样沿圆弧向不同方向弯曲弯曲

37、处不得有裂纹或折断。组钢丝一般选用钢，组选用或钢，组钢丝选用或（）生产。由于按该标准供货的钢丝基本用于制作静态弹簧，对疲劳寿命的要求相对宽松，钢丝可以采用控轧控冷盘条直接拉拔成品。钢丝成前热处理也可以用正火代替铅浴处理。同时允许选用转炉镇静钢作为原料。碳素弹簧钢丝该标准是冷拉碳素弹簧钢丝的通用标准，主要用于制作在各种应力状态下工作的静态弹簧。根据弹簧工作应力状态钢丝可分三个级别供货：级用于低应力弹簧，级用于中等应力弹簧，级用于高应力弹簧。成品钢丝考核抗拉强度、扭转、缠绕和弯曲四项性能，详见表9级和级钢丝一般选用（、）或（），级选用和（）生产。表碳素弹簧钢丝直径组组组抗拉强度扭转次数不小于抗拉强

38、度扭转次数不小于抗拉强度扭转次数不小于说明ew的级钢丝和ew的级、级钢丝在等于钢丝直径的芯棒上缠绕圈、缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。e的级钢丝在倍钢丝直径的芯棒上缠绕圈，缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。e的钢丝应进行弯曲检验，试样沿圆弧向不同方向弯曲，弯曲后不得产生裂纹和断裂。该标准钢丝主要用于制作静态机械弹簧，其服役期振动频次要高于非机械弹簧，对疲劳寿命有一定的要求，成品也增加扭转性能的考核。因此对钢丝用盘条应采用电炉或电炉炉外精炼法冶炼，盘条中w3w等。成品钢丝显微组织中如含有游离铁素体,会降低弹簧疲劳寿命，而控轧控冷盘条中一般均存有的游离铁素体，不宜直接生产成品钢丝。按此标准供

39、应的钢丝原则上成前应经铅浴处理，消除游离铁素体组织，成品钢丝显微组织应为纤维化索氏体组织。成品钢丝绕制弹簧后应进行消处应力热处理，推荐热处理工艺如表。表、和组碳素弹簧钢丝消除应力热处理工艺弹簧用途热处理温度C时间w一般载荷重载荷高温下使用说明：、和组碳素弹簧钢丝使用温度不得超过C。重要用途碳素弹簧钢丝按该标准供货的钢丝，主要用于制作在各种应力状态下工作的动态弹簧。根据弹簧工作应力状态，钢丝分三个组别供货：组适用于中等应力动态弹簧，组适用于高应力动态弹簧，组适用于高疲劳寿命的动态弹簧。成品钢丝考核抗拉强度，扭转，缠绕，弯曲和脱碳五项性能指标，详见表。由于按该标准供货的钢丝用于制作中、高应力状态下

40、工作的动态弹簧，成品钢丝除保持高的弹性极限和良好的韧性指标外，还必须考虑到疲劳极限和弹簧的疲劳寿命。为此，对钢的纯净度，非金属夹杂含量和气体含量，铁素体含量及表面脱碳程度有更高的要求。钢丝用盘条必须采用电炉炉外精炼法冶炼，对盘条的化学成分有更高的要求：w、w,wiw（）、w。实际生产中为提咼疲劳寿命往往将控制在高限，组选用或（），组选用或，组选用（可调整到）或7降低钢中、含量，提高含量和采用炉外精炼的目的是：消减钢中非金属夹杂含量，改善夹杂物形态和降低气体含量，提高疲劳极限和疲劳寿命。出于同样目的，标准规定钢中、含量不得大于规定值，因为、和均能延缓钢的索氏体转变，阻碍钢丝铅浴处理时形成单一的索

41、氏体组织。如果钢丝显微组织中含有游离铁素体，会较大幅度地降低疲劳寿命，按该标准供货的钢丝，成前必须进行铅浴处理。组钢丝用于制作在剧烈振动状态下工作的阀门弹簧，对疲劳寿命要求极高，所以选用韧性更好的盘条，抗拉强度虽有所下降，但疲劳寿命更有保证。钢丝表面脱碳，形成铁素体组织严重影响疲劳性能，标准对组钢丝增加脱碳层检验，规定总脱碳层深度不得大于，但对较大规格钢丝（0A）受减面率限制，由热轧盘条带来的脱碳层很难彻底消除，标准补充规定：“征得需方同意，可供应脱碳层不超直径的钢丝”。成品钢丝绕制弹簧后应进行消处应力热处理，推荐热处理工艺如表2表重要用途碳素弹簧钢丝钢丝直径组组组抗拉强度扭转次数不小于抗拉强

42、度扭转次数不小于抗拉强度扭转次数不小于0.2528403140270029502550280040501410164012150017206147017105.01380161012148017005.513301560144016606.01320155014201660142016601400164013501590说明：1.0mm钢丝进行弯曲试验，试样沿R圆弧向不同方向弯曲900，弯曲处不得有裂纹或折断，eW4.0mm,R=5mm；e4.0mm,R=10mm。G组钢丝脱碳层W1.0d%。表、和组碳素弹簧钢丝消除应力热处理工艺弹簧用途热处理温度/C时间W0.35mm0.351.25mm1.

43、253.0mm一般载荷200215101515202025重载荷230260152020303040高温下使用275290203830454560说明：E、F和G组碳素弹簧钢丝使用温度不得超过120C。特殊用途碳素弹簧钢丝规范在某些特定场合，需要弹簧具有超出常规要求的弹力，如枪械弹簧，为便于携带和使用,弹簧所占的空间很小，弹力要足够大，必须选用抗拉强度特高，韧性较好的钢丝来制作弹簧特殊用途碳素弹簧钢丝就适应这种需要的标准。该标准规定钢丝分甲、乙、丙三组供货。丙组适应于较高应力弹簧，乙组适应于高应力弹簧，甲组适用于超高应力弹簧。标准推荐钢丝采用，和制造。实际上钢丝抗拉强度随碳含量增高而上升，扭转

44、性能（韧性指标）随碳含量上升而下降，综合考虑,我公司选用加稀土的钢丝生产甲、乙、丙组钢丝，目前“三大牌”甲、乙、丙组钢丝是特色产品。成品钢丝考核抗拉强度、扭转、扭转断口、缠绕、抗拉强度均匀性和尺寸均匀性六项性能指标，详见表3为确保产品质量稳定，可靠，公司多年来摸索一套工艺程序，在钢丝生产过程中质量控制要点为：严格控制铅浴处理质量。采用小道次减面率，多道次拉拔，合理的表面处理，使用高质量拉丝润滑剂。特别要注意生产过程中的模具和拉丝卷筒的冷却，防止产生时效脆性。应该指出钢丝的超高抗拉强度是以牺牲部分塑性和疲劳寿命换来的，只适用于制作形状简单，对疲劳寿命要求不很高的弹簧，该标准不宜推广使用。表13G

45、JB1497-92特殊用途碳素弹簧钢丝规范直径mm抗拉强度MPa扭转次数不小于，次甲组乙组丙组甲组乙组丙组0.2028403140270029502550280063630.2228403140270029502550280050500.2828403140270029502550280034500.3028403140270029502550280034500.3228403140270029502550280034400.3528403140270029502550280034400.4028403140270029502550280034400.452840314027002950255

46、0280034400.5028403140270029502550280034400.5528403140270029502550280034380.6027903090265028502500270034380.6527903090265028502500270034380.7027903090265028502500270034380.7527903090265028502500270034380.8027903090265028502500270034380.9027403040260028002450265034381.0027403040260028002450265015191.1

47、026402940260028002450265015191.2025402840250027002350255015191.302500270023502550191.402400260022502450191.50240026002250245019说明：每盘钢丝两端抗拉强度差不得大于100Mpa。钢丝扭转时，在规定扭转次数以内不得有肉眼可见的裂纹和分层。钢丝进行缠绕试验，钢丝绕芯棒缠绕15圈后不得折断和破裂。芯棒直径等于钢丝直径。航空用碳素弹簧钢丝规范该标准是航空航天工业专用标准，成品钢丝考核抗拉强度、扭转次数、扭转均匀度、扭转断口、缠绕和脱碳等性能。根据需方要求，可检验钢丝的非金属夹杂

48、物，一般应控制在2.1的水平。考核指标详见表。表航空用碳素弹簧钢丝规范直径mmI组II组直径mmI组II组抗拉强度N/mm2扭转次数不小于抗拉强度N/mm2扭转次数不小于抗拉强度N/mm2扭转次数不小于抗拉强度N/mm2扭转次数不小于26502210225018650.203090302650321.40264516225526502210215518150.223090292650321.60249516215526502210206017650.253090272650321.80235515206026502210206017650.283090262650312.00235514206

49、026452205187016650.303085232645312.2021651319600.352212201117101410164012150017206147017100.400.450.500.600.700.800.901.001.20259530352595303525953035259530352595303525502990255029902500294024502890235027901616161616161621552595215525952155259521552595215525952110255021102550206025002010245019102350

50、302828272525242424242.502.803.003.203.504.004.505.005.506.001765205517202010171520051670196016701915162018651520176515201765147017151470171516201910162019101620191015201810152017651470171513701615137016151320156513201565说明：扭转试样变形应均匀，表面不允许有裂纹和分层，断口应垂直于轴线,。直径4.0mm钢丝，在与钢丝直径相等的芯棒上缠绕8圈；直径三4.06.0mm的钢丝，在直径

51、为2d的芯棒上缠绕8圈；缠绕后的试样表面不得有裂纹和断裂。钢丝脱碳层深度不得大于1.0%d。航空用碳素弹簧钢丝标准与现行和标准相比,更注重各规格钢丝的强韧性结合，在保证韧性的基础上，使钢丝抗拉强度处于尽可能高的水平上。I组钢丝相当于级和组钢丝，钢丝直径W时，其抗拉强度和扭转次数要远高于级和组钢丝;钢丝直径在范围内，其抗拉强度与级和组相当，但扭转次数高于级和组钢丝；钢丝直径在时，其抗拉强度与组相当，但低于级钢丝。II组钢丝相当于级和组钢丝，但其韧性(扭转次数)指标高于级和组钢丝，三者抗拉强度差别与I组钢丝相似，但差距较小。航空用碳素弹簧钢丝基本用于制作高应力静态弹簧，因为用于航空航天工业，对强韧

52、性要求比较高，对生产钢丝用钢和热轧盘条的要求基本与相同：钢的纯净度要高，非金属夹杂含量和气体含量要低，钢必须采用电炉+炉外精炼法冶炼。对盘条的化学成分有更高的要求：w、w1i()2u，盘条脱碳层深度不应大于为提高钢丝强韧性，推荐经两次铅浴处理再出成品，成品钢丝中不应有铁素体组织。铅浴处理时宜采用高炉温、高铅温的生产工艺。成品拉拔时可适当增加拉拔道次，1组钢丝平均道次减面率不宜超过6II组钢丝平均道次减面率不宜超过油淬火回火弹簧钢丝油淬火回火碳素弹簧钢丝原有油淬火回火碳素弹簧钢丝和阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝两个行业标准，分到用于制作静态簧和动态簧，年将这两个标准並入油淬火回火弹簧钢丝中。141

53、016401215001720614701710油淬火回火钢丝先将钢丝生产到成品尺寸，然后再进行油淬火回火处理，以回火马氏体组织交货。组织均匀性是决定油淬火回火钢丝性能的重要指标。因为碳素弹簧钢丝淬透性有限，规格太大的钢丝油淬火回火后芯部不能完全转变为马氏体，小规格钢丝的抗拉强度低于冷拉钢丝，所以油淬火回火碳素弹簧钢丝实际使用范围为。油淬火回火碳素弹簧钢丝按供货抗拉强度分类属于低强度钢丝，按工作状态分为静态（级）、中疲劳（级）和高疲劳（级）三类，三类钢丝的力学性能如表。表油淬火回火碳素弹簧钢丝的力学性能直径范围mm抗拉强度/MPa断面收缩率FDC、TDCVDCFDCTDC1.62.017201

54、8901650180045452.02.5167018201630178045452.52.7164017901610176045452.73.0162017701590174045453.03.2169017501570172040453.23.5158017301550170040453.54.0155017001530168040454.04.2154016901510166040454.24.5152016701510166040454.54.7151016601490164040454.75.0150016501490164040455.05.61470162014701620354

55、05.66.0146016101450160035406.06.5144015901420157035406.57.0143015801400155035407.08.0140015501370152035408.09.0138015301350150030359.010.01360151013401490303510.012.01320147030说明：直径1.0mm钢丝检验断面收缩率。同一盘或同一轴钢丝抗拉强度允许波动范围为：TOC o 1-5 h z级钢丝不应超过；级钢丝不应超过；级钢丝不应超过；直径3.0mm钢丝应进行缠绕试验，在与钢丝直径相等的芯棒上缠绕4圈，缠绕后的试样表面不得有裂

56、纹和断裂。直径钢丝应进行弯曲试验，钢丝沿直径等于的圆弧弯曲,表面不得有裂纹。直径钢丝应进行单向扭转试验，扭转次数应大于次，扭转断口应平齐。和级钢丝可进行双向扭转试验，试验结果应符合表要求。表双向扭转试验要求直径TDCVDC直径TDCmm右转圈数左转圈数mm右转圈数左转圈数2.53.06124.55.6663.03.5105.66.0与冷拉碳素弹簧钢丝相比，直径2.0mm的油淬火回火钢丝抗拉强度和弹性极限低于冷拉钢丝。但大规格钢丝（26.0mm）索氏体处理后，不可能采用大减面率拉拔获得高的抗拉强度，而油淬火回火钢丝只要完全淬透，就可以获得比冷拉钢丝更高的抗拉强度。即使在抗拉强度相同条件下，油淬火

57、回火钢丝的弹性极限也高于冷拉钢丝。冷拉弹簧钢丝的各向异性明显，而油淬火回火钢丝几乎各相同性。油淬火回火钢丝的疲劳寿及抗应力松弛性能比冷拉钢丝好得多，工作温度更高（C）,抗蠕变性能更好。另外油淬火回火钢丝直条度好，打开盘卷后钢丝弹直，几乎无弯曲，缠绕弹簧时成形性能更好。因此工业发达国家大规格油淬火回火碳素弹簧钢丝几乎取代了冷拉碳素弹簧钢丝。级油淬火回火碳素钢丝用于制作静态弹簧，通常选用、和制造，对热轧盘条的要求与相同。级油淬火回火碳素钢丝对组织均匀性要比较严格，应按要求选择热轧盘条，选用牌号有、和等。级油淬火回火碳素钢丝一般使用和生产，质量控制要求基本与的组相当。油淬火回火碳素弹簧钢丝的热处理规

58、范：淬火温度C，淬火介质为油，回火温度C。与冷拉碳素弹簧钢丝一样，油淬火回火碳素弹簧钢丝可以直接绕制弹簧，但成簧后必须进行消除应力热处理，消除应力热处理工艺如表。表油淬火回火碳素弹簧钢丝消除应力热处理工艺弹簧用途热处理温度/C时间W1.25mm1.253.0mm3.09.5mm一般载荷215240152020252530重载荷260290203030404050高温下使用315345304545606080说明：油淬火回火碳素弹簧钢丝使用温度不得超过C。合金弹簧钢丝冷拉碳素弹簧钢丝具有很高的弹性极限，良好的抗疲劳性能，制成弹簧后经低温消除应力处理后就可以使用，是制作普通弹簧的理想材料。但随着钢

59、丝直径增大，冷拉形变强化弹簧钢丝的综合弹性性能比不上马氏体相变强化弹簧钢丝的性能。马氏体相变强化弹簧钢丝质量控制的关键是保证淬透性，即保证油淬火后钢丝整个截面获得均匀的马氏体组织。如果弹簧油淬火未淬透，钢丝芯部残留过冷奥氏体组织，弹簧的弹性极限，抗冲击韧性和疲劳寿命将有不同程度的下降。碳素弹簧钢淬透性较差，为提高钢的淬透性，必须向钢中添加、和等合金元素，形成合金弹簧钢系列。表列出各种弹簧钢丝油淬火临界直径。表18各种弹簧钢丝油淬火临界直径钢号淬火临界直径（）碳素弹簧钢65Mn62Si2MnA50CrM50CrV60Si2CrA60Si2CrVA65Si2MnWA60CrMnB60CrMnMo合

60、金弹簧钢丝分类和特性合金弹簧钢是在碳素钢的基础上添加一种或几种合金元素，来提高钢的力学性能、淬透性和其它性能，满足制造各种弹簧的要求。合金弹簧钢系列包括-、和钢，我国目前应用最广泛的是一系列钢，其次是一系列钢。系弹簧钢硅和锰资源丰富，价格便宜，能很好地溶入铁素体中，是最常用的固溶强化元素。硅能显著提高钢的弹性极限，使马氏体的亚结构比较稳定，但会增加钢的脱碳敏感性，易产生石墨碳析出。锰能提高钢的强度和淬透性，改善钢的组织均匀性和热加工能力力，但增加钢的过热敏感性和回火脆性，淬火时容易产生裂纹。硅和锰同时加入钢中可以发挥两种合金元素的优点，抑制彼此的缺点。一系列的典型牌号是。的淬透性远高于碳素弹簧