碳是鋼中的主要強化元素,對彈簧鋼的影響往往超過其他合金元素。根據(jù)使用要求,彈簧鋼材料應是中高碳的合金鋼。當今世界各國普遍采用的彈簧鋼,含碳量絕大部分在0.45%~0.65%。 為了克服彈簧鋼強度提高后韌性和塑性降低的難題,也有降低碳含量的趨勢。我國對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究,如28mnsib、35mnsib等,其碳含量在0.30%左右。實踐表明,這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用,有足夠強度和優(yōu)良的綜合力學性能,尤其是塑性、韌性極好。日本研究開發(fā)的幾種高強度彈簧鋼,如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等,碳含量均在0.40%左右。 合金元素在彈簧鋼中的主要作用是提高力學性能、改善工藝性能及賦予某些特殊性能(如耐高溫、耐蝕)等。 很多彈簧鋼以硅為主要合金元素,它是對彈減抗力影響最大的合金元素,這主要是由于硅具有強烈的固溶強化作用;同時,硅能抑制滲碳體在回火過程中的晶核形成和長大,改變回火時析出碳化物的數(shù)量、尺寸和形態(tài),提高鋼的回火穩(wěn)定性。目前,國內(nèi)鋼材牌號中wsi為1.8%~2.2%,是現(xiàn)有標準中含硅最高的彈簧鋼。但硅含量如果過高,將促進鋼在軋制和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向,并且使冶煉困難和易形成夾雜物,因此,過高硅含量彈簧鋼的使用仍需慎重。 由于鉻能夠顯著提高鋼的淬透性,阻止si-cr鋼球化退火時的石墨化傾向,減少脫碳層,因此是彈簧鋼中的常用合金元素,以鉻為主要強化元素的彈簧鋼50crv使用較廣泛。 錳是提高淬透性最有效的合金元素,它溶入鐵素體中有固溶性化作用。研究表明,wmn必須大于0.5%,以使淬火時彈簧鋼心部完全較變?yōu)轳R氏體,但當wmn超過1.5%時,韌性明顯下降,這在選擇彈簧鋼時應優(yōu)先考慮的。