彈簧鋼絲的標準及用途牌號

1、彈簧鋼絲的標準與用途牌號摘要 我國彈簧綱絲標準是參照ISO和JIS制訂的，本文以ISO和JIS為依據(jù)，分析了 彈簧綱絲現(xiàn)行國家標準和行業(yè)標準的適用圍， 各組別之間隱含的的差異，對彈簧鋼絲的生產 和使用都有參考價值。 關鍵詞 彈簧鋼絲、標準、適用圍彈簧是機械行業(yè)和日常生活中最常用的零件，彈簧主要作用是利用自身形變時所儲存的能量來緩和機械或零部件的震動和沖擊、控制機械或零部件的運動。1、彈簧鋼絲的使用特性和用途彈簧在彈性圍使用，卸載后應回復到原來位置，希望塑性變形越小越好，因此鋼絲應具有高 的彈性極限，屈服強度和抗拉強度。屈強比越高，彈性極限就越接近抗拉強度，因而越能提 高強度利用率，制成的彈簧彈

2、力越強。彈簧依靠彈性變形吸收沖擊能量， 所以彈簧鋼絲不一定要有很高的塑性，但起碼要有能承受彈簧成型的塑性，以與足夠的能承受沖擊能量的韌性。彈簧通常在交變應力作用下長期工作，因此要有很高的疲勞極限，以與良好的抗蠕變和抗松弛性能。在特定環(huán)境中使用的彈簧，對鋼絲還會有一些特殊要求，例如：在腐蝕介質中使用的彈 簧，必須有良好的抗腐蝕性能。精細儀器中使用的彈簧，應具有長期穩(wěn)定性和靈敏性，溫度 系數(shù)要低，品質因素要高，后效作用要小，彈性模量要恒定。在高溫條件下工作的彈簧，要 求在高溫時仍能保持足夠的彈性極限和良好的抗蠕變性能等。此外，還應考慮彈簧鋼絲的成形工藝和熱處理工藝。冷拉彈簧鋼絲和油淬火回火彈簧鋼

3、絲都以供貨狀態(tài)鋼絲直接繞制彈簧，彈簧成形后經消除應力處理直接使用。冷拉彈簧鋼絲的抗拉強度要略高于油淬火回火鋼絲。大規(guī)格冷拉鋼絲彈力太大，繞制彈簧很困難，所以冷拉 彈簧鋼絲使用規(guī)格一般小于8.0mm油淬火回火鋼絲使用規(guī)格一般小于 13.0mm實際上直徑 13.0mm彈簧多項選擇用輕拉狀態(tài)彈簧鋼絲，冷拉繞制成形后再淬回火使用。直徑15.0m m以上鋼絲大多采用加熱繞制工藝制簧。彈簧根據(jù)運行狀態(tài)可分為靜態(tài)簧和動態(tài)簧。靜態(tài)彈簧指服役期振動次數(shù)有限的彈簧，如 平安閥彈簧，彈簧墊，秤盤彈簧，定載荷彈簧，機械彈簧，手表游絲等。動態(tài)彈簧指服役期 振動次數(shù)達1X 106次以上的彈簧，如發(fā)動機閥門彈簧，車輛懸掛簧

4、，防震彈簧，聯(lián)軸器彈 簧，電梯緩沖彈簧等。靜態(tài)彈簧選材時主要考慮抗拉強度和穩(wěn)定性，動態(tài)彈簧選材時主要考 慮疲勞，松弛與共振性能。彈簧根據(jù)負荷狀況可分為輕載荷、一般載荷和重載荷三種狀態(tài)。輕載荷指承受靜態(tài)應力， 應力較低，變形量較小的彈簧，如平安裝置用彈簧，吸收振動用彈簧等。設計使用壽命103 104 次。一般載荷指設計壽命105106次，在振動頻率300次/min條件下使用的普通彈簧。在 許用應力圍，壽命保證1X 106次，載荷應力越低，壽命越長。重載荷指長時間工作、振動頻繁的彈簧。如閥門彈簧，空氣錘、壓力機、液壓控制器彈 簧，其載荷較高，常常在低于許用應力 10流右使用，使用壽命大于1X 10

5、6次，通常為107 次。彈簧選材的原那么是：首先滿足功能要求，其次是強度要求，最后才考慮經濟性。碳素彈簧鋼是彈簧鋼中用途廣泛，用量最大的鋼類。鋼中含0.60%0.90%的碳和0.3% 1.20%的錳，不再添加其它合金元素，使用本錢相對較低。碳素彈簧鋼絲經適當?shù)募庸せ驘?處理，可以獲得很高的抗拉強度，足夠的韌性和良好的疲勞壽命。但碳素鋼絲的淬透性低， 抗松弛性能和耐蝕性能差，彈性模量的溫度系數(shù)較大高達300X 10-6/ C，適用于制造截面 較小，工作溫度較低120 C 的彈簧。合金彈簧鋼一般含0.45%0.70%的碳和一定量的Si，Mr，Cr，V，W與B等合金元素。合金 元素的參加改善彈簧鋼的

6、抗松弛性能，提高鋼的韌性，同時顯著提高鋼的淬透性和使用溫度，1。適用于制造較大截面，較高溫度下使用的彈簧。國外彈簧鋼常用牌號對照如表表1國外彈簧鋼常用牌號對照表中國1日s奚國s國GBfr699-1999GB/ri298-866B/T1299-2000GB/T1222-84JIS GX06-1996JIS G4801-94ASTM A51 口制-1996ASTM A752M-93DIM17222-179DIN17223-1990SWFIFtCSA105?1065C5D701065CK&7SWfH72B1070BTSMnASWFLHe2B1095CKS5WT9A1090sncrvSUP10

7、615D50CrV455CrSiGUP123254-S5CrSifi3SSCrMnASUPQ515555Cr355Sf2MnASUP69255S5Si7|6QSi2MnASUP79260603Cr72、彈簧鋼絲標準、適用圍與工藝特點我國彈簧鋼絲標準是參照ISO和JIS標準，分鋼類制定的。現(xiàn)行國家與行業(yè)推薦標準包 括碳素彈簧鋼絲標準6個，合金彈簧鋼絲標準4個，標準明細如表2。表2彈簧鋼絲標準明細序號磯標確代號1標淮名稱1YB/T5220-93非機械弾螯用斌索彈簧鋼絲2GBA4657-89磺素理齬鋼迄j3GB/T4359-19g5|重要用邇確耒蟬豔鋼純_4GJB1497-92|特辣用送碳素弾簧鋼絲

8、標準5YB/T5103-93|油淬火火碳盍彈簧禍翌YB/T5102-93閥門用抽浮火回火碳i7GB/T5213-19Q98YB/T5136-93閩門用格帆禪菩犧絲91¥2/75104-32油泮火-回火硅啟合全彈議襯翌10| YB/T5105-93閔門用油淬衣購火珞硅音金禪養(yǎng)鋼建2.1碳素彈簧鋼絲標準、適用圍與工藝特點碳素彈簧鋼絲現(xiàn)行國家和行業(yè)推薦標準分兩種類型：一類是冷變形強化鋼絲，又稱冷拉 彈簧鋼絲。冷拉碳素彈簧鋼絲首先經 鉛淬火處理獲得索氏體組織，然后外表磷化，以很大減 面率拉拔到成品尺寸，鋼絲組織呈纖維狀，有很高的抗拉強度和彈性極限，良好的彎曲和扭 轉性能。冷拉彈簧鋼絲尺寸精度

9、高，外表光潔，無氧化和脫碳缺陷，疲勞壽命比較穩(wěn)定，是 使用最廣泛的彈簧鋼絲。碳素彈簧鋼絲的另一類型是馬氏體強化鋼絲，又稱油淬火回火鋼絲。碳素鋼絲通過淬回 火處理，可獲得良好的綜合力學性能，當鋼絲規(guī)格較小時©w2.0mm，油淬火回火鋼絲的各項強度指標比索氏體化處理后冷拉鋼絲要低。當鋼絲規(guī)格較大時©?6.0mm索氏體化的鋼絲不可能采用很大減面率來獲得所要求的強度指標，而油淬火回火鋼絲只要完全淬透就可以獲得比冷拉鋼絲更高的性能。 在抗拉強度一樣條件下，馬氏體強化鋼絲比冷變形強化鋼 絲具有更高的彈性極限。冷拉鋼絲金相組織呈纖維狀，各向異性明顯，油淬火回火鋼絲金相 組織為均勻的回火馬

10、氏體，幾乎是各向同性的。同時油淬火回火鋼絲的抗松弛性能優(yōu)于冷拉 鋼絲，使用溫度150190C，也高于冷拉鋼絲w 120C。近年來規(guī)格油淬火、回火鋼絲 大有取代冷拉鋼絲趨勢。下面按標準介紹各類碳素彈簧鋼絲的應用圍與工藝特點。1YB/T5220-93?非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲?該標準適用于沙發(fā)墊簧，座墊，靠背拉簧，卡簧，夾簧等非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲。標準 按抗拉強度要求不同將鋼絲分成 A1, A2, A3A9九個組別，每個組別鋼絲不分規(guī)格大小按 一個強度圍供貨，抗拉強度偏差w 200Mpa A1, A2和A3組用于制造較低應力彈簧。A3, A4 和A5用于制造一般應力彈簧。A7, A8和A9用于

11、制造較高應力彈簧。床墊簧一般選用 A3和 A4組別。從使用狀態(tài)分析，該標準鋼絲根本屬于靜態(tài)簧，成品鋼絲僅考核抗拉強度、纏繞和單次 彎曲三項性能，詳見表3。表3 YB/T5220-93非機械彈簧用碳素彈簧鋼絲組別宜徑范B/fnnn抗拉強度P日用逢A1.0113CK1380用于較低應力憚簧 J421380-1580用于較低應力癢營A31.66.01580-17SO用于較低應力癢簧M0,64.017901980用于一段應力暉簧牴.32.6198021501Ia于一設應力埠簧D,31,621802380用于一眾應力弾簧A7 ,31.02390-2580用于較通應力暉簧AfiD,3-0.62580-27

12、00用于較咼應力憚簧AS .2-0.42730-2990用于較咼應力連董說明：w 4.0mm鋼絲在2d芯棒上纏繞兩圈無裂紋或折斷。4.0mm鋼絲進展彎曲試驗，試樣沿R=10m圓弧向不同方向彎曲90o,彎曲處不得有裂 紋或折斷。A1-A3組鋼絲一般選用4570鋼，A3A6組選用65Mn或70鋼，A7A9組鋼絲選用70 或T8Mn82B生產。由于按該標準供貨的鋼絲根本用于制作靜態(tài)彈簧，對疲勞壽命的要求相對寬松，鋼絲可以采用控軋控冷盤條直接拉拔成品。鋼絲成前熱處理也可以用正火代替鉛浴處理。同時允許選用轉爐鎮(zhèn)靜鋼作為原料。GB/T4357-89 ?碳素彈簧鋼絲?該標準是冷拉碳素彈簧鋼絲的通用標準，主要

13、用于制作在各種應力狀態(tài)下工作的靜態(tài)彈 簧。根據(jù)彈簧工作應力狀態(tài)鋼絲可分三個級別供貨：B級用于低應力彈簧，C級用于中等應力彈簧，D級用于高應力彈簧。成品鋼絲考核抗拉強度、扭轉、纏繞和彎曲四項性能，常見 規(guī)格的力學性能如表4。表4 GB/T4357-89碳素彈簧鋼絲直徑nun0組C姐D組抗拉遐虜/IIP 3不小千抗檢強度/砥色扭轉次數(shù)抗拉強醫(yī)/砥頃ffl轉汝救 不小于0. JG2021>t00202300270020180.50202200"2S0020255(T 29 啦16Q.G01760216020211025002024502840180.80171020602020212

14、4002024002640181. 001560202120190023002C23002690IS1.4015201910201860"221020IE1*601570106020131021602021102400182.001470"176201710"20212013W"2200182,501420"!7101G10601060151760206013$ Q013701670IE1570186015171D*；19taj133.5013201620121570181012iseisioS4.001320102012152u"1

15、76012162DV1S6O3說明：w 4.0mm的D級鋼絲和w 6.0mm的B級、C級鋼絲在等于鋼絲直徑的芯棒上纏繞 2圈、 纏繞后的試樣外表不得產生裂紋和斷裂。4.0mm的D級鋼絲在2倍鋼絲直徑的芯棒上纏繞2圈，纏繞后的試樣外表不得產生裂 紋和斷裂。6.00mm的鋼絲應進展彎曲檢驗，試樣沿 R=10mn圓弧向不同方向彎曲900,彎曲后不 得產生裂紋和斷裂。B級和C級鋼絲一般選用70 67A、72A或65Mn67B，D級選用T9XtA和T8Mn82B 生產。本標準鋼絲主要用于制作靜態(tài)機械彈簧，其服役期振動頻次要高于非機械彈簧，對疲勞壽命有一定的要求，成品也增加扭轉性能的考核。因此對鋼絲用盤條

16、應采用電爐或電爐+爐外精煉法冶煉，盤條中Pw0.030% Sw0.020%等。成品鋼絲顯微組織中如含有游離鐵素體，會降低彈簧疲勞壽命，而控軋控冷盤條中一般均存有5% 1.5%的游離鐵素體，一般不宜采用盤條 直接生產成品鋼絲。按此標準供應的鋼絲原那么上成前應經鉛浴處理，消除游離鐵素體組織， 成品鋼絲顯微組織應為纖維化索氏體組織。(3)GB/T4358-1995?重要用途碳素彈簧鋼絲?按該標準供貨的鋼絲，主要用于制作在各種應 力狀態(tài)下工作的動態(tài)彈簧。根據(jù)彈簧工作應力狀態(tài)，鋼絲分3個組別供貨：E組適用于中等應力動態(tài)彈簧，F(xiàn)組適用于高應力動態(tài)彈簧，G組適用于高疲勞壽命的動態(tài)彈簧。成品鋼絲 考核抗拉強度

17、，扭轉，纏繞，彎曲和脫碳五項性能指標，常見規(guī)格的力學性能如表5。表5 GB/T4358-1995重要用途碳素彈簧鋼絲鋼蜒直徑 IBJRi：je a .F組G姐不小于加卜于擾竝適度/魁扭轉次敘 不小于0.30221020002526002950IS/O.SO2525602910IS/O.SO21502540252540-285013f/0.302110-2490252480-2840IS/*1. 02021236025235026501818602110201.418T0220025220025001817® 02040201. e1 吧FFIW26216024301750202120

18、2. 017602090251970223GIS16701910202. E201770203013l«2CW18£0163. 016101890231690-19301315701810183. 515201750IS16201840I 014801710157017901470171015說明：v 4.0mm的鋼絲在等于鋼絲直徑的芯棒上、?4.0mm鋼絲在2倍鋼絲直徑的芯棒上纏繞5圈，不得有裂紋或折斷。1.0mm鋼絲進展彎曲試驗，試樣沿 R圓弧向不同方向彎曲900,彎曲處不得有裂紋或 折斷， w 4.0mm R=5mm 4.0mm R=10mm

19、G組鋼絲脫碳層w 1.0d%。由于按該標準供貨的鋼絲用于制作中、高應力狀態(tài)下工作的動態(tài)彈簧，成品鋼絲除保持高的 彈性極限和良好的韌性指標外，還必須考慮到疲勞極限和彈簧的疲勞壽命。為此，對鋼的純 潔度，非金屬夾雜含量和氣體含量，鐵素體含量與外表脫碳程度有更高的要求。鋼絲用盤條 必須采用電爐+爐外精煉法冶煉，對盤條的化學成分有更高的要求：PW0.025% SW0.020%,Cr w 0.10%、Ni w 0.15% 0.12%CuW 0.20%。實際生產中為提高疲勞壽命往往將 Mn控制 在高限，E組選用70或70Mn72B，F(xiàn)組選用T8MnA或T9RtA, G組選用65MnMn可調整 到0.9-1

20、.2%丨或67B。降低鋼中P、S含量，提高Mn含量和采用爐外精煉的目的是：消減鋼 中非金屬夾雜含量，改善夾雜物形態(tài)和降低氣體含量，提高疲勞極限和疲勞壽命。如果鋼絲顯微組織中含有游離鐵素體，會較大幅度地降低疲勞壽命，按該標準供貨的鋼絲，成前必須 進展鉛淬火處理。G組鋼絲用于制作在劇烈振動狀態(tài)下工作的閥門彈簧，對疲勞壽命要求極 高，所以選用韌性更好的65Mn盤條，抗拉強度雖有所下降，但疲勞壽命更有保證。鋼絲外 表脫碳，形成鐵素體組織嚴重影響疲勞性能，標準對G組鋼絲增加脫碳層檢驗，規(guī)定總脫碳層深度不得大于1.0%d,但對較大規(guī)格鋼絲4.0mn受減面率限制，由熱軋盤條帶來的 脫碳層很難徹底消除，標準補

21、充規(guī)定："征得需方同意，可供應脫碳層不超直徑1.5%d的鋼G1497-92?特殊用途碳素彈簧鋼絲規(guī)?在某些特定場合，需要彈簧具有超出常規(guī)要求的彈力，如槍械彈簧，為便于攜帶和使用, 彈簧所占的空間很小，彈力要足夠大，必須選用抗拉強度特高，韌性較好的鋼絲來制作彈簧 ?特殊用途碳素彈簧鋼絲?就適應這種需要的標準。該標準規(guī)定鋼絲分甲、乙、丙3組供貨。丙組適應于較高應力彈簧，乙組適應于高應力 彈簧，甲組適用于超高應力彈簧。標準推薦鋼絲采用T9A T10A和T8MnA制造。實際上鋼絲抗拉強度隨碳含量增高而上升，扭轉性能韌性指標隨碳含量上升而下降，綜合考慮，特 殊鋼集團三大鋼絲公司選用加稀土的 T

22、9A鋼絲生產甲、乙、丙組鋼絲。成品鋼絲考核抗拉強 度、扭轉、扭轉斷口、纏繞、抗拉強度均勻性和尺寸均勻性六項性能指標，常見規(guī)格的力學 性能如表6。應該指出鋼絲的超高抗拉強度是以犧牲局部塑性和疲勞壽命換來的，只適用于制作形狀簡單，對疲勞壽命要求不很高的彈簧，該標準不宜推廣使用。表6 G 1497-92特殊用途碳素彈簧鋼絲規(guī)直徑/nm扭轅次數(shù)不小手，決,甲俎Z.組丙組甲組乙組丙組0.252340*314027002550255028004050500.30234031402702950255023003450500.3?2843314027002350255028003440500.40284031

23、402700"295025502800'瓢40500.502840"31402700"2?502550280034約600.60279330902650285025002700343E440-652550"28502500700343E440.702790"3090265028502500"27001S4 -3E442790305026532850250027003438441.00274030402S0O"280O245026501-6 :19221.202500'27002350255013221.40/

24、1S221.50/240025002250"2450/1922說明：每盤鋼絲兩端抗拉強度差不得大于 100Mpa 鋼絲扭轉時，在規(guī)定扭轉次數(shù)以不得有肉 眼可見的裂紋和分層。鋼絲進展纏繞試驗，鋼絲繞芯棒纏繞 15圈后不得折斷和破裂。芯棒直徑等于鋼絲直徑。 YB/T5103-93油淬火-回火碳素彈簧鋼絲油淬火、回火鋼絲先將鋼絲生產到成品尺寸，然后再進展油淬火回火處理，以回火馬氏 體組織交貨。組織均勻性是決定油淬火回火鋼絲性能的重要指標，因碳素彈簧鋼絲淬透性有限，規(guī)格太大的鋼絲油淬火回火后芯部不能完全轉變?yōu)轳R氏體，所以標準規(guī)定油淬火回火碳素彈簧鋼絲供貨直徑小于12.0mm與冷拉碳素彈簧鋼絲

25、相比，直徑w 2.0m m的油淬火回火鋼絲抗拉強度和彈性極限低于冷 拉鋼絲。但大規(guī)格鋼絲?6.0mm索氏體處理后，不可能采用大減面率拉拔獲得高的抗 拉強度，而油淬火回火鋼絲只要完全淬透，就可以獲得比冷拉鋼絲更高的抗拉強度。即使在 抗拉強度一樣條件下，油淬火回火鋼絲的彈性極限也高與冷拉鋼絲。冷拉彈簧鋼絲的各向異性明顯， 而油淬火回火鋼絲幾乎各一樣性。 油淬火回火鋼絲的疲勞壽 與抗應力松弛性能比冷拉鋼絲好得多，工作溫度更高 150170C，抗蠕變性能更好。另 外油淬火回火鋼絲直條度好，翻開盤卷后鋼絲彈直，幾乎無彎曲，纏繞彈簧時成形性能更好。 因此工業(yè)興旺國家大規(guī)格油淬火回火碳素彈簧鋼絲幾乎取代了冷

26、拉碳素彈簧鋼絲。YB/T5102-93?閥門用油淬火回火碳素彈簧鋼絲?YB/T5102-93 與 YB/T5103-93 的關系相當于 GB/T4358-1995 與 GB/T4357-89 的關系。前者用 于制作動態(tài)彈簧，后者是通用標準，主要用于制作靜態(tài)彈簧。由于動態(tài)油淬火回火彈簧對組 織均勻性要求更嚴格，碳素鋼淬透性有限，YB/T5102規(guī)定供貨規(guī)格更小直徑w 6.0mm。閥門用油淬火回火碳素鋼絲使用圍和質量控制要求根本與GB/T4358-1995 G組相當，這里不再贅述。2.2合金彈簧鋼絲標準、適用圍與工藝特點我國合金彈簧鋼絲分三類，合金彈簧鋼絲，油淬火回火硅錳彈簧鋼絲，閥門用油淬火回

27、火鉻硅合金彈簧鋼絲，從興旺國家合金彈簧使用現(xiàn)狀來看， 油淬火回火鋼絲所占比例越來越 大，日本工業(yè)標準JIS丨規(guī)定，合金彈簧鋼絲全部以油淬火回火狀態(tài)供貨。(1) GB/T5218-1999?合金彈簧鋼絲?該標準將原GB5218-85?硅錳彈簧鋼絲?、GB5219-85?鉻釩彈簧鋼絲?和GB5221-85?鉻 硅彈簧鋼絲?三個標準合并成一個標準。標準適用于制作高、中應力彈簧用合金彈簧鋼絲，鋼絲纏簧成形后需經淬火回火處理才 能使用。標準列出60Si2MnA 50CrVA和55CrSiA三個鋼號，同時規(guī)定根據(jù)需方要求，可以供應 其它牌號鋼絲。鋼絲一般按冷拉狀態(tài)交貨，成品直徑w 5.0mm檢驗抗拉強度c

28、 b 1035Mpa直徑5.0mm 鋼絲檢驗HBC 302,相當于輕拉狀態(tài)。生產規(guī)格8.0丨成品冷拉減面率不超過 25%小 規(guī)格鋼絲w 5.0減面率不超過30%退火狀態(tài)交貨鋼絲太軟，極易產生死彎，纏簧時往 往造成簧形不好，螺距不均。冷拉減面率偏大時鋼絲太硬、纏簧時反彈大，粗簧成形困難。 所以直接纏簧的鋼絲以輕拉狀態(tài)供貨最適宜。對于鋼絲購回還要進展冷加工如壓扁、軋成 異型截面等的用戶，應推薦選用退火狀態(tài)交貨鋼絲。為保證纏簧性能，成品鋼絲進展纏繞試驗，直徑w5.0mm鋼絲在相當于鋼絲直徑 12倍的芯棒上纏繞6圈，不得破裂和折斷。脫碳和外表缺陷嚴重的降低彈簧疲勞壽命，必須嚴格控制。特別是60Si2MnA和55