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高應力閥門彈簧鋼絲的開發
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-01-17
高應力閥門彈簧鋼絲的開發
閥門彈簧用鋼絲的開發：
(1)??高端閥門彈簧鋼絲
用于應力水平≥1000MPa以上的超高應力閥門彈簧制造，基本要求如下：
1）高純凈度：除對P、S之外，對存在于鋼中的氣體元素，如O、H也嚴格限制。
2）添加能促進氮化的有益元素：為使材料能在較高的溫度下（460℃~480℃）長期停留，基體硬度能保持在HV580以上，Si是不可缺少的元素。Cr作為彈簧鋼中常用添加元素，同時也是促進氮化元素之一；Mo既是彈簧鋼中的有益元素，也是促進氮化物生成的元素；V除能有效細化晶粒之外，還能促進氮化，因此Cr、Mo、V均可列入添加元素之列。Al雖是強氮化物元素，但又是形成B類（氧化鋁）夾雜物的主要因素，不能作為添加元素。
3）C和Ni含量：C是保證閥門彈簧材料強度（硬度）的關鍵元素。鋼中含碳量達到0.6%之后，再增加碳的含量對強度（硬度）提高作用已不明顯，因此平均碳含量控制在0.6%。添加Ni有利于提高材料韌性。
(2)??中高端閥門彈簧鋼絲
中高端閥門彈簧鋼絲適用于制造應力為1000MPa以下的閥門彈簧，其中Si-Cr仍是主要的添加元素。考慮成本因素，設計兩種鋼種，分別用于制造應力τmax≥900MPa~1000MPa與τmax≤900MPa閥門彈簧。對材料成份與合金元素添加量說明如下：
C：使用應力τmax≥900?MPa~1000MPa的閥門彈簧鋼絲含碳量取高值，0.56%~0.64%；使用應力τmax≤900MPa的閥門彈簧鋼絲含碳量取中等水平，0.51%~0.59%。
Si：能夠有效提高材料的屈強比的元素，權衡Si的有利（強化基體）與有害（石墨化）因素，含量取1.20%~1.60%。
Mn：弱碳化物元素，細化晶粒作用不大，添加的主要作用為減輕硫的熱脆危害性，添加到0.50%~0.80%即可。
Cr：中等碳化物元素，形成碳化物能提高基體強度，并抑制Si石墨化傾向。從成本考慮，V2的Cr?0.9%~1.2%；V3的Cr取0.60%~0.90%。
V：對細化晶粒作用非常明顯，閥門彈簧鋼絲的必加元素。V2添加量0.10%~0.20%，考慮成本因素，V3鋼種將V降到0.05%~0.15%。
B：硼有凈化晶界的作用，添加微量硼起到抑制偏聚晶界雜質元素的有害作用。
4?高應力閥門彈簧鋼絲研發相關問題
(1)??坯料冶煉
閥門彈簧疲勞裂紋往往起源于材料表面或近表面夾雜物處，因此對閥門彈簧鋼坯的純凈度有很高的要求，必須達到超純凈級。除對雜質元素S、P嚴格限制之外，有害氣體元素O、H、應嚴格限制，Al和Ti會形成不可變形夾雜物，也要限制。對有害元素限制要求：S≤0.020%；P≤0.020%，爭取控制到0.010%以下；O含量控制30ppm以下；H不允許出現；Al含量在0.05%以下；Ti含量在0.03%以下；Cu控制到0.06%以下；其它有害雜質元素，如As、Sb、Sn等相應控制。爐外精煉方面，V1鋼考慮電渣重熔；V2和V3鋼絲采取真空脫氣工藝，兩種工藝方案的可行性仍需論證。
(2)??熱軋盤條
鋼錠使用大方坯，軋前鋼坯經過剝皮和探傷處理；盤條質量要求無折疊，表面脫碳≤0.07；表面缺陷≤0.10。
(3)??鋼絲加工
1）表面剝皮：盤條剝皮去除量單邊不少于0.15mm；
2）鋼絲表面無全脫碳，部分脫碳深度不大于0.5%d，鋼絲經過兩次??(貫通式與旋轉式)渦流探傷，材料表面缺陷深度不超過40μm；
3）鋼絲機械性能：與鋼絲直徑粗細有關，鋼絲越細，材料的強度越高。
(4)??彈簧氮化工藝
1）彈簧氮化裝備的開發；
2）氮化工藝：低溫（440℃~480℃）氮化原子擴散速率，升溫方式（一段還是分段）、爐內溫度差、滲氮時間、氣氛組成及活性氮原子發生率（如NH3分解率）裝爐方式、爐內氣氛均勻性對滲層厚度影響等；
3）氮化層硬度要求不低于HV800，厚度不小于1μm；芯部硬度不低于HV580；
4）滲氮前后噴丸工藝、次數、丸粒大小和硬度。?
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