弹簧钢丝和弹性合金丝
高弹性合金3J1（0Cr12Ni36Ti3Al）是奥氏体沉淀硬化型合金，具有高的弹性极限，良好的抗松弛性能，优良的耐蚀性能，无磁，最高使用温度250℃，主要用于制作自动化仪表中的波纹管，螺旋弹簧，压力传感器传送杆等。
恒弹性合金3J53（00Cr6Ni42Ti2.5Al）的弹性模量高，弹性模量温度系数可以通过热处理调整，在室温条件下，温度系数可以调到接近零的水平（＜0.4310/℃），弹性后效低（＜0.05%），品质因素高（Q＝10000～15000），加工性能好，可制成形状复杂的弹性元件。主要用于制造声学，电学仪器中的频率发生元件，如机械滤波器的振子、标准频率震荡器，和制造精密灵敏弹性元件，如精密天平的弹簧和膜片，以及钟表游丝等。
钴基弹性合金3J21（1Cr20Ni16Mo7Co40）和3J22（1Cr19Mn2Ni16Co40M03.5W4.5）是综合性能优异的弹性合金，具有高的弹性模量，高的弹性极限，极低的弹性后效（0.02%）。经冷加工其抗拉强度Rm高达2950Mpa。同时还具有高的疲劳寿命，高硬度，高耐磨，缺口敏感性低，工作温度高达400～500℃。主要用于制作轴类，张力丝，特种轴承，对弹性敏感性要求高的弹性元件。
GH2132是沉淀硬化型高温合金，在固溶+冷变形+时效处理状态下，具有很高的蠕变极限和高温持久性能，优异的疲劳强度和抗松弛性能，即使在538℃高温下，其E值为163000Mpa，G值为62000Mpa。主要用于制作飞机发动机油门弹簧，显像管支撑弹簧，发动机片弹簧等。 4 弹簧钢丝标准，应用范围及工艺控制要点。
我国弹簧钢丝标准分钢类制定，包括碳素弹簧钢丝标准5个，合金弹簧钢丝标准2个，油淬火-回火弹簧钢丝标准1个，弹性合金标准7个，标准明细如表7。
表7 弹簧钢丝标准明细
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 标 准 代 号 YB/T5220-93 GB/T4657-89 GB/T4358-1995 GJB1497-92 GJB5260-2003 GB/T5218-1999 GJB5259-2003 GB/T18983-2003 YB/T5256-1993 YB/T5254-1993 YB/T5253-1993 YB/T5252-1993 YB/T5244-1993 YB/T5243-1993 YB/T5135-1993 标 准 名 称 非机械弹簧用碳素弹簧钢丝 碳素弹簧钢丝 重要用途碳素弹簧钢丝 特殊用途碳素弹簧钢丝规范 航空用碳素弹簧钢丝规范 合金弹簧钢丝 航空用合金弹簧钢丝规范 油淬火-回火弹簧钢丝 弹性元件用合金3J1和3J53 频率元件用恒弹性合金3J53和3J58 弹性元件用合金3J21 轴尖用合金3J22丝材 正温度系数恒弹性合金3J63 抗震耐磨轴尖合金3J40 发条用高弹性合金3J9（2Cr19Ni9Mo） -6
4.1 碳素弹簧钢丝
碳素弹簧钢丝现行国标和行业标准分为两类型：一类是冷变形强化钢丝，又称冷拉弹簧钢丝。 冷拉碳素弹簧钢丝首先经铅浴处理获得索氏体组织，然后经表面磷化，以很大减面率拉拔到成品尺寸，钢丝组织呈纤维状，有很高的抗拉强度和弹性极限，良好的弯曲和扭转性能。冷拉弹簧钢丝尺
11
弹簧钢丝和弹性合金丝
寸精度高，表面光洁，无氧化和脱碳缺陷，疲劳寿命比较稳定，是使用最广泛的弹簧钢丝。
碳素弹簧钢丝的另一类型是马氏体强化钢丝，又称油淬火-回火钢丝。碳素钢丝通过淬火-回火处理，可获得良好的综合力学性能，当钢丝规格较小时（υ≤2.0mm），油淬火-回火钢丝的各项强度指标比索氏体化处理后冷拉钢丝要低。当钢丝规格较大时（υ≥6.0mm）索氏体化的钢丝不可能采用很大减面率来获得所要求的强度指标，而油淬火-回火钢丝只要完全淬透就可以获得比冷拉钢丝更高的性能。在抗拉强度相同条件下，马氏体强化钢丝比冷变形强化钢丝具有更高的弹性极限。冷拉钢丝金相组织呈纤维状，各向异性明显，油淬火-回火钢丝金相组织为均匀的回火马氏体，几乎是各向同性的。同时油淬火-回火钢丝的抗松弛性能优于冷拉钢丝，使用温度（≤175℃）也高于冷拉钢丝（120℃～160℃）。近年来中大规格油淬火-回火钢丝大有取代冷拉钢丝趋势。下面按标准介绍各类碳素弹簧钢丝的应用范围及工艺控制要点。
4.1.1 YB/T5220-93 《非机械弹簧用碳素弹簧钢丝》
该标准适用于沙发垫簧，座垫、靠背拉簧，卡簧，夹簧等非机械弹簧用碳素弹簧钢丝。标准按抗拉强度要求不同将钢丝分成A1，A2，A3?A9九个组别，每个组别钢丝不分规格大小按一个强度范围供货，抗拉强度偏差≤200Mpa。A1，A2和A3组用于制造较低应力弹簧。A3，A4和A5用于制造一般应力弹簧。A7，A8和A9用于制造较高应力弹簧。床垫簧一般选用A3和A4组别。
从使用状态分析，该标准钢丝基本属于静态簧，成品钢丝仅考核抗拉强度、缠绕和单次弯曲三项性能，详见表8。
表8 YB/T5220-93 非机械弹簧用碳素弹簧钢丝
组别 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 直径范围 mm 6.0~7.0 3.2~7.0 1.6~6.0 0.6~4.0 0.3~2.6 0.3~1.6 0.3~1.0 0.3~0.6 0.2~0.4 抗拉强度 MPa 1180~1380 1380~1580 1580~1780 1780~1980 1980~2180 2180~2380 2380~2580 2580~2780 2780~2980 用 途 用于较低应力弹簧 用于较低应力弹簧 用于较低应力弹簧 用于一般应力弹簧 用于一般应力弹簧 用于一般应力弹簧 用于较高应力弹簧 用于较高应力弹簧 用于较高应力弹簧 说明：①Φ≤4.0mm钢丝在2d芯棒上缠绕两圈无裂纹或折断。
②Φ＞4.0mm钢丝进行弯曲试验，试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲90o， 弯曲处不得有裂纹或折断。
A1—A3组钢丝一般选用45～70钢，A3～A6组选用65Mn或70钢，A7～A9组钢丝选用70或T8MnA（82B）生产。由于按该标准供货的钢丝基本用于制作静态弹簧，对疲劳寿命的要求相对宽松，钢丝可以采用控轧控冷盘条直接拉拔成品。钢丝成前热处理也可以用正火代替铅浴处理。同时允许选用转炉镇静钢作为原料。
4.1.2 GB/T4357-89 《碳素弹簧钢丝》
该标准是冷拉碳素弹簧钢丝的通用标准，主要用于制作在各种应力状态下工作的静态弹簧。根据弹簧工作应力状态钢丝可分三个级别供货：B级用于低应力弹簧，C级用于中等应力弹簧，D级用于高应力弹簧。成品钢丝考核抗拉强度、扭转、缠绕和弯曲四项性能，详见表9。
12
弹簧钢丝和弹性合金丝
B级和C级钢丝一般选用70（67A、72A）或65Mn（67B），D级选用T9XEA和T8MnA（82B）生产。
表9 GB/T4357-89 碳素弹簧钢丝
直径 mm 0.22 0.25 0.28 0.30 0.32 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.63 0.70 0.80 0.90 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.50 2.80 3.00 3.20 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.30 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00
B 组 抗拉强度 MPa 2110~2500 2060~2450 2010~2400 2010~2400 1960~2350 1960~2350 1910~2300 1860~2260 1860~2260 1810~2210 1760~2160 1760~2160 1710~2110 1710~2060 1710~2060 1660~2010 1620~1960 1620~1910 1570~1860 1520~1810 1470~1760 1420~1710 1420~1710 1370~1670 1370~1670 1320~1620 1320~1620 1320~1620 1320~1570 1320~1570 1270~1520 1220~1470 1220~1470 1170~1420 1170~1420 1130~1320 1130~1320 1080~1270 1080~1270 1030~1220 扭转次数 不小于 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 15 15 15 15 12 12 12 10 10 8 8 C 组 抗拉强度 MPa 2350~2750 2300~2700 2300~2700 2300~2700 2250~2650 2250~2650 2250~2650 2200~2600 2200~2600 2150~2550 2110~2500 2110~2500 2060~2450 2010~2400 2010~2350 1960~2300 1910~2250 1860~2210 1810~2160 1760~2110 1710~2010 1660~1960 1660~1960 1620~1910 1570~1860 1570~1810 1570~1810 1520~1760 1520~1760 1470~1710 1470~1710 1420~1660 1420~1610 1370~1570 1370~1570 1320~1520 1320~1520 1270~1470 1270~1470 1220~1420 13
扭转次数不小于 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 15 15 15 15 12 12 12 10 10 8 8 D 组 抗拉强度 MPa 2690~3090 2640~3040 2640~3040 2640~3040 2600~2990 2600~2990 2600~2990 2550~2940 2550~2940 2500~2890 2450~2840 2450~2840 2450~2840 2400~2840 2350~2750 2300~2690 2250~2550 2150~2450 2110~2400 2010~2300 1910~2200 1810~2110 1760~2060 1710~2010 1710~1960 1660~1910 1660~1910 1620~1860 1620~1860 1570~1810 1570~1810 1520~1760 扭转次数不小于 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 13 13 13 13 8 8 8 5 5 3 3 弹簧钢丝和弹性合金丝
说明: ①Φ≤4.0mm的D级钢丝和Φ≤6.0mm的B级、C级钢丝在等于钢丝直径的芯棒上缠绕2圈、
缠绕后的试样表面不得产生裂纹和断裂。
②Φ＞4.0mm的D级钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕2圈，缠绕后的试样表面不得产生裂纹 和断裂。
③Φ＞6.00mm的钢丝应进行弯曲检验，试样沿R=10mm圆弧向不同方向弯曲900，弯曲后不得 产生裂纹和断裂。
该标准钢丝主要用于制作静态机械弹簧，其服役期振动频次要高于非机械弹簧，对疲劳寿命有一定的要求，成品也增加扭转性能的考核。因此对钢丝用盘条应采用电炉或电炉+炉外精炼法冶炼，盘条中P≤0.030%、S≤0.020%等。成品钢丝显微组织中如含有游离铁素体，会降低弹簧疲劳寿命，而控轧控冷盘条中一般均存有5～15%的游离铁素体，不宜直接生产成品钢丝。按此标准供应的钢丝原则上成前应经铅浴处理，消除游离铁素体组织，成品钢丝显微组织应为纤维化索氏体组织。成品钢丝绕制弹簧后应进行消处应力热处理，推荐热处理工艺如表10。
表10 B、C和D组碳素弹簧钢丝消除应力热处理工艺
弹簧用途 一般载荷 重载荷 高温下使用 热处理温度/℃ 215～230 230～260 275～290 时 间 /min ≤1.25mm 15～20 20～30 30～45 ＞1.25～3.0mm 20～25 30～40 45～60 ＞3.0～9.5mm 25～30 40～50 60～80 ＞9.5mm 30～45 50～60 60～90 说明：B、C和D组碳素弹簧钢丝使用温度不得超过160℃。
4.1.3 GB/T4358-1995《重要用途碳素弹簧钢丝》
按该标准供货的钢丝，主要用于制作在各种应力状态下工作的动态弹簧。根据弹簧工作应力状态，钢丝分三个组别供货：E组适用于中等应力动态弹簧，F组适用于高应力动态弹簧，G组适用于高疲劳寿命的动态弹簧。成品钢丝考核抗拉强度，扭转，缠绕，弯曲和脱碳五项性能指标，详见表11。
由于按该标准供货的钢丝用于制作中、高应力状态下工作的动态弹簧，成品钢丝除保持高的弹性极限和良好的韧性指标外，还必须考虑到疲劳极限和弹簧的疲劳寿命。为此，对钢的纯净度，非金属夹杂含量和气体含量，铁素体含量及表面脱碳程度有更高的要求。钢丝用盘条必须采用电炉+炉外精炼法冶炼，对盘条的化学成分有更高的要求：P≤0.025%、S≤0.020%，Cr ≤0.10%、Ni≤0.15%（0.12%）、Cu≤0.20%。实际生产中为提高疲劳寿命往往将Mn控制在高限，E组选用70或70Mn（72B），F组选用T8MnA或T9XEA，G组选用65Mn（Mn可调整到0.9-1.2%）或67B。降低钢中P、S含量，提高Mn含量和采用炉外精炼的目的是：消减钢中非金属夹杂含量，改善夹杂物形态和降低气体含量，提高疲劳极限和疲劳寿命。出于同样目的，标准规定钢中Cr、Ni、Cu含量不得大于规定值，因为Cr、Ni和Cu均能延缓钢的索氏体转变，阻碍钢丝铅浴处理时形成单一的索氏体组织。如果钢丝显微组织中含有游离铁素体，会较大幅度地降低疲劳寿命，按该标准供货的钢丝，成前必须进行铅浴处理。
G组钢丝用于制作在剧烈振动状态下工作的阀门弹簧，对疲劳寿命要求极高，所以选用韧性更好的65Mn盘条，抗拉强度虽有所下降，但疲劳寿命更有保证。钢丝表面脱碳，形成铁素体组织严重影响疲劳性能，标准对G组钢丝增加脱碳层检验，规定总脱碳层深度不得大于1.0%d，但对较大规格钢丝（Φ＞4.0mm）受减面率限制，由热轧盘条带来的脱碳层很难彻底消除，标准补充规定：“征得需方同意，可供应脱碳层不超直径1.5%d的钢丝”。成品钢丝绕制弹簧后应进行消处应力热处理，推荐热处理工艺如表12。
14
弹簧钢丝和弹性合金丝
表11 GB/T4358-1995 重要用途碳素弹簧钢丝
钢丝直径mm 0.25 0.28 0.30 0.32 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.63 0.70 0.80 0.90 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 3.2 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 E 组 抗拉强度MPa 2220~2600 2220~2600 2210~2600 2210~2590 2210~2590 2200~2580 2190~2570 2180~2560 2170~2550 2160~2540 2140~2520 2120~2500 2110~2490 2060~2390 2020~2350 1920~2270 1870~2200 1830~2140 1800~2130 1760~2090 1720~2000 1680~1960 1630~1910 1610~1890 1560~1840 1520~1750 1480~1710 1410~1640 1380~1610 1330~1560 1320~1550 扭转次数 不小于 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 20 20 20 20 16 16 16 12 12 8 8 F 组 抗拉强度MPa 2600~2950 2600~2950 2600~2950 2590~2940 2590~2940 2580~2930 2570~2920 2560~2910 2550~2900 2540~2890 25~202870 2500~2850 2490~2840 2390~2690 2350~2650 2270~2570 2200~2500 2160~2480 2060~2360 1970~2230 1870~2130 1770~2030 1720~1980 1690~1950 1670~1930 1620~1840 1570~1790 1500~1720 1480~1700 1440~1660 1420~1660 扭转次数 不小于 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 13 13 13 13 10 10 10 6 6 4 4 G 组 抗拉强度MPa 1850~2110 1820~2080 1780~2040 1750~2010 1700~1960 1670~1910 1620~1860 1620~1860 1570~1810 1570~1810 1570~1810 1470~1710 1470~1710 1470~1710 1420~1660 1400~1640 1350~1590 扭转次数 不小于 20 20 20 20 20 20 18 18 18 18 15 15 15 10 10 6 6 说明：①Φ＜4.0mm的钢丝在等于钢丝直径的芯棒上、Φ≥4.0mm钢丝在2倍钢丝直径的芯棒上缠绕5圈，
缠绕后的试样表面不得有裂纹或折断。
②Φ＞1.0mm钢丝进行弯曲试验，试样沿R圆弧向不同方向弯曲900，弯曲处不得有裂纹或折断， Φ≤4.0mm，R=5mm；Φ＞4.0mm，R=10mm。 ③G组钢丝脱碳层≤1.0d%。
表12 E、F和G组碳素弹簧钢丝消除应力热处理工艺
弹簧用途 一般载荷 重载荷
热处理温度/℃ 200～215 230～260 时 间 /min ≤0.35mm 10～15 15～20 15
＞0.35～1.25mm 15～20 20～30 ＞1.25～3.0mm 20～25 30～40 ＞3.0mm 25～30 40～50