由于彈簧的應(yīng)用范圍很廣泛,廣泛到不僅僅表現(xiàn)于彈簧的類型,就連彈簧的工作溫度也發(fā)生了改變,想要彈簧在高溫下進(jìn)行工作,需要它有強(qiáng)度非常好的抗松馳性、熱穩(wěn)定性以及抗氧化的能力,還要有一定的耐腐蝕能力,如果彈簧工作的溫度很高,那制作彈簧的材料的彈性模量會(huì)隨著下降,這就會(huì)導(dǎo)至彈簧的承載力變小和剛度下降。
所以,要使它能在高溫下工作我們需要知道它的變化率,還需要計(jì)算出下降的承載能力對(duì)彈簧使用性能影響。按照相關(guān)規(guī)定,一般的彈簧如果工作時(shí)的溫度比60度高時(shí),需要對(duì)它切變的模量有一定的調(diào)整,而高溫彈簧是使用特殊材質(zhì)制作,適應(yīng)300-950°高溫環(huán)境的彈簧,選擇高溫彈簧時(shí)要根據(jù)彈簧所承載的應(yīng)力大小和它的性質(zhì)來(lái)判斷它硬度,但是,如果出現(xiàn)平面的應(yīng)變斷裂,那就可能說明是由于硬度的原因造成的,在進(jìn)行材料選擇時(shí)候,鋼材的淬透性能是需要注意的,這點(diǎn)對(duì)彈簧的質(zhì)量關(guān)系比較大。
彈簧一般有四種類型,彈簧廠生產(chǎn)的彈簧類型通常分為:
壓縮彈簧(壓簧)是承受向壓力的螺旋彈簧,它所用的材料截面多為圓形,也有用矩形和多股鋼縈卷制的,彈簧一般為等節(jié)距的,壓縮彈簧的形狀有:圓柱形、圓錐形、中凸形和中凹形以及少量的非圓形等,壓縮彈簧的圈與圈之間有一定的間隙,當(dāng)受到外載荷時(shí)彈簧收縮變形,儲(chǔ)存形變能。
拉伸彈簧(拉簧)是承受軸向拉力的螺旋彈簧,拉伸彈簧一般都用圓截面材料制造。在不承受負(fù)荷時(shí),拉伸彈簧的圈與圈之間一般都是并緊的沒有間隙。
扭力彈簧(扭簧)利用杠桿原理,通過對(duì)材質(zhì)柔軟、韌度較大的彈性材料的扭曲或旋轉(zhuǎn),使之具有極大的機(jī)械能。是承受扭轉(zhuǎn)變形的彈簧,它的工作部分也是各圈或是緊密圍繞或是分開圍繞,這些都是彈簧廠生產(chǎn)的不同種類的彈簧。
異形彈簧與常規(guī)彈簧的區(qū)別就是彈簧本身是不規(guī)則的,有彎曲和大量復(fù)雜的角度設(shè)計(jì)。適用于一些具有特殊的場(chǎng)合。
彈簧在工作時(shí)常受到變載荷或沖擊載荷的作用,為了保證彈簧能夠持久可靠地工作,其材料必須具有高的彈性極限和疲勞極限,同時(shí)應(yīng)具有足夠的韌性和塑性,以及良好的可熱處理性。
彈簧材料及性能可以查閱相關(guān)手冊(cè),規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)(GB/T129.6-92,GB4357-89)。
常用的彈簧材料主要有:
1、碳素彈簧鋼
這種彈簧(例如65、70號(hào)鋼等)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜,原材料來(lái)源方便,缺點(diǎn)是彈性極限低,多次重復(fù)變形后易失去彈性,并且不能再130度的溫度下正常工作。
2、低錳彈簧鋼
這種彈簧鋼(如65Mn)與碳素彈簧鋼相比,優(yōu)點(diǎn)是淬透性較好和強(qiáng)度較高;缺點(diǎn)是淬火后容易產(chǎn)生裂紋及熱脆性。但由于價(jià)格便宜,所以一般機(jī)械上常用于制造尺寸不打的彈簧,例如離合器彈簧等。
3、硅錳彈簧鋼
這種鋼(例如60Si2Mn)中因?yàn)榧尤肓斯瑁钥梢燥@著提高彈性極限,并提高了回火穩(wěn)定性,因而可以在更高的溫度下回火,從而得到良好的力學(xué)性能。硅錳彈簧鋼在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用,一般用于制造汽車,拖拉機(jī)的螺旋彈簧等。
4、鉻釩鋼
這種鋼(例如50CrVA)中加入釩的目的是細(xì)化組織,提高鋼的強(qiáng)度和韌性。這種材料的奶疲勞和抗沖擊性能良好,并能再-40度——210度的溫度下可靠的工作,但價(jià)格較貴。多用于要求較高的場(chǎng)合,如用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的彈簧。
4、高溫彈簧材料
①、GH4145 合金主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化的鎳基高溫合金,在980℃以下具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能,800℃以下具有較高的強(qiáng)度,540℃以下具有較好的耐松弛性能,同時(shí)還具有良好的成形性能和焊接性能。該合金主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)在800℃以下工作并要求強(qiáng)度較高的耐松弛的平面彈簧和螺旋彈簧。還可用于制造氣輪機(jī)渦輪葉片等零件?晒⿷(yīng)的品種有板材、帶材、棒材、鍛件、環(huán)形件、絲材和管材。
②、GH4169該合金在-253~700℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能,650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位,并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能,以及良好的加工性能、焊接性能良好。能夠制造各種形狀復(fù)雜的零部件,在宇航、核能、石油工業(yè)及擠壓模具中,在上述溫度范圍內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。
③、30W4CR2VA彈簧鋼由于鎢鉻釩的作用,此鋼有良好的室暖和高溫力學(xué)性能和非凡高的淬透性,回火穩(wěn)定性佳,熱加工性能良好。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用,用作工作溫度≤ 500℃以下的耐熱彈簧,如鍋爐主安全閥彈簧、汽輪機(jī)汽封彈簧片等。
此外,某些不銹鋼和青銅等材料,具有耐腐蝕的特點(diǎn),青銅還具有磁性和導(dǎo)電性,故常用于制造化工設(shè)備中或工作于腐蝕介質(zhì)中的彈簧。其缺點(diǎn)是不容易熱處理,力學(xué)性能較差,所以在一般機(jī)械中很少采用。
選擇材料時(shí),應(yīng)考慮到彈簧的用途、重要程度、使用條件(包括載荷性質(zhì)、大小及循環(huán)特性,工作持續(xù)時(shí)間,工作溫度和周圍介質(zhì)情況等),加工、熱處理和經(jīng)濟(jì)性等因素。同時(shí),也要參照現(xiàn)有設(shè)備中使用的彈簧,選作出較為合用的材料。