彈簧應用技術的發展,對材料提出了更高的要求。主要是在高應力下的提高疲勞壽命和抗松弛性能;其次是根據不同的用途,要求具有耐蝕性、非磁性、導電性、耐磨性、耐熱性等。為此,彈簧材料除開發了新品種外,另外嚴格控制化學成分,降低非金屬夾雜,提高表面質量和尺寸精度等方面也取得了有益的成效。
合金鋼的發展:氣門彈簧和懸架彈簧已廣泛應用Si-Cr鋼。為了提高疲勞壽命和抗松弛性能,在Si-Cr鋼中添加V、Mo。同時開發了Si-Cr拉拔鋼絲,其在高溫下工作時的抗松弛性能,比琴鋼絲好。隨著發動機高速小型化,抗顫振性能好、質量輕、彈性模量小的Ti合金得到了較為廣泛的應用,其強度可達2000Mpa。
不銹鋼絲的發展
(1)奧氏體組織不銹鋼絲強度比鐵素體組織的好,其耐蝕性也優于馬氏體組織,因面應用范圍不斷擴大。
(2)低溫拔絲或低溫氮化拔絲可提高鋼絲強度。馬氏體受熱時組織不穩定,而在低溫液體氮中拔絲能形成隱針狀馬氏體,可獲得熱態高強度。此種鋼絲在美國和日本已有不少應用,但目前只能處理1mm以下的鋼絲。
(3)電子設備中的精密彈簧要求非磁性,此種鋼絲在拉拔加工時,不能生成隱針狀馬氏體。為此要添加N、Mn、Ni等元素。為了滿足這方面的需求,美國開發了AUS205(0.15C-17Cr-1Ni-15Mn-0.3N)和YUS(0.17C-21Cr-5Ni-10Mn-0.3N)。由于Mn的含量增加,加工中不會生成隱針狀馬氏體。經固溶處理,強度可達2000Mpa,疲勞性能高,優于SUS304。
提高材料純度:對高強度材料,嚴格控制夾雜,提高純度以保證其性能。如氣門彈簧材料的含氧量,目前已達20×10ˉ6發展。
改善表面質量:材料表面質量對疲勞性能影響很大。為了保證表面質量,對有特殊要求的材料采用剝皮工藝將表層0.1mm。對0.5mm深度的缺陷采用渦流探傷。對拔絲過程表面產生的凹凸不平,可用電解研磨,使表面粗糙降到Ra=6.5~3.4μm。
電鍍鋼絲的發展:在特殊情況下,除要求彈簧特性外,還要求耐蝕、導電等附加性能,大多均采用電鍍工藝解決。部分不銹鋼絲和琴鋼絲的耐蝕性能相當于鍍鋅的耐蝕性能,若再鍍一層ZnAl(5%)的合金,則耐蝕性可提高約3倍。 對電阻性能有要求的不銹鋼絲或琴鋼絲,鋼絲直徑小于0.4mm的可鍍銅,大于0.4mm的可采用內部是銅,外部是不銹鋼材料。一般琴鋼絲鍍5μm厚的Ni,可提高其導電性。