С развитием весеннего технология применения в промышленностиВ основном в улучшении усталостной прочности и противоусталостных характеристик при высоких нагрузках; во-вторых, в зависимости от различных областей применения, требуется коррозионная стойкость, износостойкость, немагнитность, электропроводность, жаропрочность и т.д. Кроме того, благодаря строгому контролю химического состава, снижение содержания неметаллических примесей также дало положительные результаты. Качество поверхности и точность размеров улучшаются.
(1) Развитие технологии производства пружинной стали
Для того чтобы улучшить качество пружинной стали, развитые страны, как правило, используют технологию рафинирования вне печи, процесс непрерывной разливки, новую прокатку и автоматическое оборудование для обнаружения и контроля в режиме онлайн.
Для обеспечения химического состава стали и снижения содержания газа и различных неметаллических включений, для выплавки используется электропечь или конвертер большой мощности, а содержание кислорода (массовая доля) снижается до (0,0021 ~ 0,0010)%. Получается сверхчистая сталь, что значительно улучшает конструкцию и рабочее напряжение пружины.
Процесс непрерывной разливки широко используется в производстве пружинной стали. Непрерывная разливка позволяет уменьшить сегрегацию стали, снизить вторичное окисление, улучшить обезуглероживание поверхности, сделать структуру и свойства стабильными и однородными.
Использование непрерывного прокатного стана с раздельными станинами позволяет повысить точность размеров, качество поверхности, а также сделать микроструктуру стали равномерной по всей длине. Для обеспечения качества поверхности продукции используется автоматический контроль и обнаружение в режиме реального времени. Для того чтобы адаптироваться к производству пружинного плоского проката переменного сечения, был разработан новый процесс прокатки с образованием аустенита, а именно: сталь нагревается до области аустенита, а затем закаливается до области метастабильного аустенита. Эта технология позволяет не только снизить пластичность стали, но и повысить ее прочность. Кроме того, характеристики пружинной стали могут быть улучшены благодаря термообработке в режиме реального времени и поверхностной закалке после прокатки.
(2) Разработка легированной стали
Основная функция легирующих элементов - улучшение механических свойств, технологических свойств и придание некоторых специальных свойств. Сталь SiCr широко используется в пружинах клапанов и пружинах подвески. Si является лучшим элементом сплава для сопротивления релаксации напряжения. Добавление V и Mo в сталь SiCr для получения стали sicrv и sicrmo может улучшить усталостную прочность и противостоять релаксации. В то же время, сопротивление релаксации стальной проволоки SiCr при высокой температуре лучше, чем проволока из рояльной стали и проволока из углеродистой пружинной стали. В связи с высокоскоростной миниатюризацией двигателей широко используется сплав Ti, обладающий хорошими антифлаттерными характеристиками, малым весом и небольшим модулем упругости, а его прочность может достигать 2000 МПа.
(3) Разработка аустенитной стали с низким содержанием углерода
Низкоуглеродистая аустенитная сталь 38simnb - это новый тип высокопроизводительной пружинной стали, самостоятельно разработанный в Китае. Разработанная на этой основе сталь 38SiMnVBE имеет больше преимуществ, таких как высокая прочность и вязкость, высокая прокаливаемость, высокая применимость и высокий коэффициент полезного действия. После контролируемой прокатки предел прочности = (2030-2140) МПа, предел текучести = (900-2010) МПа, удлинение = (12-15)%, поверхностная усадка = (48-55)%. Это обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики материала для пружинных панелей переменного сечения.
(4) Разработка нержавеющей стали
Китай является крупной страной по производству нержавеющей стали. С развитием производства нержавеющей стали было разработано множество сортов. В настоящее время существует более 50 сортов, которые в основном отвечают потребностям развития отечественного производства. В данной статье кратко описаны некоторые новые сорта, разработанные в настоящее время.
1) Начальное формирование системы аустенитной нержавеющей стали. Низкоуглеродистые аустенитные нержавеющие стали 0Cr18Ni9 и 00cr17ni2mo2 были разработаны для устранения коррозионной усталости по границам зерен, вызванной углеродом. Для улучшения специальных свойств в них могут быть добавлены Cu, Ti, Nb, Mn, Cr, Si и N.
2) Разработка азотсодержащей нержавеющей стали. Азот вместо углерода используется в нержавеющей стали. В аустенитной нержавеющей стали N и C имеют много общих характеристик. Влияние N на стабилизацию аустенита больше, чем влияние Ni, которое эквивалентно влиянию C. Энергия связи N и Mn может заменить дорогостоящий Ni. N также является одним из наиболее эффективных элементов, упрочняющих твердый раствор в аустените. Сродство между N и Cr меньше, чем между C и Cr. Осаждение Cr2N редко наблюдается в аустенитной стали. Поэтому N может повысить прочность нержавеющей стали без снижения коррозионной стойкости.
3) Разработка суперферритной нержавеющей стали. Ферритная нержавеющая сталь обладает хорошей коррозионной стойкостью и стойкостью к окислению, а ее стойкость к коррозии под напряжением лучше, чем у аустенитной нержавеющей стали. Она дешевле аустенитной нержавеющей стали. Однако она имеет такие недостатки, как плохая свариваемость и хрупкость, что ограничивает ее производство и применение. Свариваемость и хрупкость ферритной стали можно улучшить за счет снижения содержания углерода и азота, добавления стабилизирующих элементов, таких как Ti, Nb, Zr и Ta, и добавления упрочняющих элементов, таких как Cu, AI и V.
4) Разработка супер-аустенитной стали. Супер-аустенитная сталь относится к аустенитной стали, содержание Cr, Mo и N в которой значительно выше, чем в обычной нержавеющей стали. Одной из самых известных является сталь, содержащая 6% Mo (245smo). Такая сталь обладает очень хорошей стойкостью к локальной коррозии, хорошей стойкостью к питтинговой коррозии (PI 40) и хорошей стойкостью к коррозии под напряжением в условиях морской воды, аэрации, щелей и низкоскоростных промоин. Она является альтернативным материалом для сплавов на основе Ni и титановых сплавов.
5) Разработка супермартенситной нержавеющей стали. Традиционные мартенситные нержавеющие стали 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13 и 1Cr17Ni2 не обладают достаточной пластичностью и очень чувствительны к напряжениям при холодной высадке, что затрудняет холодную штамповку. Кроме того, свариваемость стали относительно низкая, а область применения ограничена. Для преодоления вышеперечисленных недостатков мартенситной стали в последнее время был найден эффективный способ, который заключается в разработке новой серии легированной стали супермартенситной стали путем снижения содержания C и Ti и увеличения содержания Ni. Этот вид стали обладает высокой прочностью на растяжение, хорошей пластичностью и улучшенной свариваемостью, поэтому супермартенситную сталь также называют мягкой мартенситной сталью или свариваемой мартенситной сталью.
(5) Разработка проволоки из пружинной стали
За более чем 100 лет развития технология производства пружинной стальной проволоки прошла путь от закалки свинцом до закалки маслом, а теперь и до закалки индукционным нагревом. Кроме того, технология и оборудование постоянно обновляются и совершенствуются, а разнообразие и качество постоянно улучшаются. Недавно был разработан процесс закалки и отпуска с индукционным нагревом для стальной проволоки клапанных пружин. Испытания показали, что пластичность, вязкость, антирелаксация, вязкость разрушения, сопротивление замедленному разрушению и усталостная прочность стальной проволоки значительно лучше, чем у стальной проволоки, закаленной и отпущенной в масле, благодаря короткому времени индукционного нагрева, тонкой закалочной структуре и почти отсутствию обезуглероженного слоя на поверхности стальной проволоки.
Еще один вид стальной проволоки с ультрамелкозернистой термомеханической обработкой был применен в этой области. Ультрамелкозернистая термомеханическая обработка представляет собой композитный процесс упрочнения и закалки, сочетающий ультрамелкую микроструктуру и термомеханическую обработку. Она может не только улучшить механические свойства стальной проволоки, но и повысить качество поверхности стальной проволоки. Качество поверхности материалов оказывает большое влияние на усталостные свойства. Чтобы обеспечить качество поверхности, для материалов с особыми требованиями применяется процесс зачистки, при котором поверхностный слой удаляется на 0,1 мм. Вихретоковый контроль используется для дефектов глубиной 0,5 мм. Шероховатость поверхности может быть уменьшена до = (6,5 ~ 3,4) м путем электролитической шлифовки.
(6) Разработка проволоки из нержавеющей стали
В последние годы производство проволоки из нержавеющей стали в зарубежных странах развивается быстрыми темпами. Основными сортами, на которые увеличивается внутренний спрос, являются 1Cr18Ni9 и 0cr17ni7ai.
Особенности передового процесса производства стальной проволоки заключаются в том, что катанка сначала зачищается, чтобы удалить дефекты поверхности, вызванные горячей обработкой. За исключением травления после первой обработки твердым раствором, весь процесс холодной обработки сохраняет светлую поверхность.
С развитием технологий процесс производства проволоки из нержавеющей стали еще больше упрощается, а контроль качества некоторых видов металлопродукции упрощается, чтобы соответствовать требованиям к качеству катанки. После волочильной машины поверхностное покрытие и остаточная смазочная пленка должны быть удалены путем протирания чистящим шариком и очистки в воде. Перед яркой термической обработкой, электролитическое травление, нейтрализация щелочи, промывка водой и сушка оборудованы устройствами для тщательного удаления масляных пятен на поверхности стальной проволоки и улучшения качества поверхности.
(7) Разработка сплава с памятью формы
В настоящее время сплавы 50Ti и 50ni являются лучшими однонаправленными сплавами с памятью формы для применения в пружинах. Пружина из сплава с памятью формы втягивается под действием температуры. В основном она используется в системах управления с постоянной температурой, постоянной нагрузкой и постоянной деформацией. Поскольку привод приводится в действие пружиной, рабочее напряжение пружины сильно меняется.
(8) Применение керамики
Керамика имеет высокий модуль упругости и низкую прочность на излом, что подходит для мест с небольшой деформацией. В настоящее время существует термостойкая, износостойкая и изоляционная керамика, а также используется сверхпластичный цинковый сплав (SPZ), который обладает высокой прочностью при комнатной температуре. Кроме того, существует высокопрочный нитрид кремния, который может выдерживать высокую температуру, вплоть до 1000 ℃. Но керамическая пружина не подходит для работы под ударной нагрузкой.
(9) Применение армированных волокном пластмасс в пружинах
Рессоры из армированного стекловолокном пластика (GFRP) широко используются в Великобритании, США, Японии и других странах. Помимо поперечной подвески, они также могут использоваться в специальных легких автомобилях, например, в гоночных автомобилях с продольной подвеской. В настоящее время успешно разработана рессора из углепластика (GFRP), которая на 20% легче, чем металлическая рессора.