彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的,必須保證有優良的冶金質量,不僅要保證準確的化學成分,而且要有高純凈度,硫、磷、氧、氮等含量要低,鋼質均勻性、穩定性要好。彈簧鋼的冶金質量應達到優質鋼、高級優質鋼的水平。
彈簧鋼的表面質量和尺寸精度對彈簧的性能和壽命有極大的影響。因為彈簧鋼材交貨狀態的表面除去表面噴丸強化之外不再進行加工,因而也就是成品彈簧的工作表面,原有表面上的各種缺陷也留給了彈簧。所以彈簧鋼材表面要求*,對脫碳、裂紋、折疊、結疤、夾雜、分層等限制極嚴。各種表面缺陷會使彈簧早期破壞、縮短壽命。以圓截面的鋼絲為例,成品彈簧的強度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比,鋼絲直徑的微小變化會導致彈簧性能的巨大波動,所以要嚴格控制鋼材的外形和尺寸公差。這樣,彈簧鋼的加工變形(熱軋、冷軋、冷拔等)就十分重要了,必須極認真地對待。
熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼、扁鋼等。鋼材表面質量要求較高,可以熱軋態交貨或者經熱處理后交貨,以保證硬度不超過規定值,便于制簧。熱軋材可以冷態制成螺旋彈簧,對于截面尺寸較大者需加熱后制成彈簧。彈簧成型后再經淬火、中溫回火,回火溫度約為350~550℃,以獲得較高屈強比和良好的綜合力學性能。
因熱軋材截面尺寸較大,故應采用淬透性足夠高的牌號,保證心部淬透。若心部出現非馬氏體轉變產物,如鐵素體、貝氏體等,則回火后的性能降低,特別是疲勞性能。
冷拉(軋)彈簧鋼材包括鋼絲、鋼帶。這類鋼材的表面質量和尺寸精度要求格外嚴格。鋼絲的生產工藝有油淬火和冷拉兩種。
油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規定尺寸后再加熱、油淬火和鉛浴回火,故鋼絲出廠時已具備所需力學性能,制成彈簧后只要回火,消除應力即可使用。優點是整批性能均勻,穩定,挺直性好,適于大批量生產,可制造各種重要彈簧,特別是閥門彈簧。牌號有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。
合金彈簧鋼絲也可以冷拉態交貨,或經退火、正火、回火處理后交貨,制成彈簧后再淬火、回火。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩定,生產效率也低,成本高,多用于小批量彈簧生產。
此外,最近也研究了用高頻感應加熱處理高強度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續感應加熱裝置上進行淬火和回火,其內部組織均勻、細小,塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限、斷裂韌性等都明顯優于常規處理的鋼絲。這種鋼絲在美國、日本都已有生產,制造汽車、摩托車的懸掛彈簧、發動機閥門彈簧,卡車、拖車等的緊急制動彈簧及各種高強度機械彈簧,使用效果令人滿意。另外,感應加熱處理在彈簧扁鋼生產上也得到應用。
還有一種鋼絲生產工藝,即鉛浴等溫淬火。鋼材奧氏體化后在鉛浴中等溫,生成細小珠光體組織,然后冷拉到規定尺寸。通過調整鋼中碳含量和冷變形量控制鋼絲的力學性能,制簧后不需熱處理,只要消除加工應力即可使用。應用這種工藝生產的都是碳素鋼鋼絲,但也有少數合金鋼(如65Mn)鋼絲。
冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經退火后供貨,制成彈簧后再淬火回火處理,或僅回火以消除加工應力。