弹簧钢丝和弹性合金丝
冶炼方法，提高钢的纯净度是Si—Mn弹簧钢的发展方向。资料介绍经电渣重溶的60Si2MnA的使用疲劳极限可提高1.5～2倍。此外向钢中添加W、V及稀土元素也可以减弱回火脆性，65Si2MnWA就是一例。
65Si2MnWA在60Si2MnA基础上加1%W，同时将碳含量提高到0.65%左右，由于W增强过冷奥氏体稳定性，能在钢中形成稳定碳化物，钢的淬透性提高，热处理后组织更加均匀细致，回火稳定性提高，过热敏感性减小，抗弹减性能和高温蠕变性能显著改善，成为一种能承受高载荷、耐冲击、耐热的弹簧材料，在兵器行业得到广泛应用。 (2) Cr-Mn系弹簧钢
以铬、锰为合金元素的弹簧钢与Si—Mn系弹簧钢相比，钢的淬透性高，脱碳倾向小，不易产生石墨化组织，抗氧化和耐腐蚀性能好，总的看来Cr-Mn系弹簧钢的综合性能高于Si-Mn系弹簧钢。但Cr-Mn系弹簧钢的抗弹减性能不如Si-Mn系弹簧钢，同时过热敏感性和回火脆性比较强。Cr-Mn系列的典型牌号是50CrMn。
以Cr-Mn弹簧钢为基础加入合金元素硼和钼可以提高钢的淬透性，改善回火稳定性，60CrMnB淬火临界直径可达到60mm，60CrMnMo淬火临界直径高达108mm。 (3) Si—Cr系弹簧钢
在硅锰弹簧钢基础上加入0.7～1.2%的铬和0.1～0.2%钒，可以进一步提高钢的淬透性，改善钢的综合力学性能。常用钢有60Si2CrA、60Si2CrVA和70Si2CrA。
60Si2CrA与60Si2MnA相比，在同一条件下淬回火，抗拉强度值差别不大，但弹性极限值平均提高70Mpa，伸长率高出2～3%。冲击值（αk）提高更为显著（约200KJ/m）。总的说来，当塑性指标相近时硅铬弹簧钢比硅锰弹簧钢具有更高的抗拉强度和弹性极限，在硬度相同时又有更好的冲击韧性。
钒可以细化晶粒，提高钢的回火稳定性，60Si2CrVA钢淬回火后的弹性极限稍高于60Si2CrA，疲劳寿命和回火稳定性也优于后者。此外Si—Cr弹簧钢的脱碳倾向很小，抗弹减性能更好，适用于制造大截面、重载荷、抗冲击的动态弹簧。 (4) Cr—V系弹簧钢
Cr—V系弹簧钢含1%的铬和0.1～0.2%的钒，是常用的优质弹簧材料。铬钒钢具有良好的强韧性和疲劳极限，一定的耐热性能，适用于制造直径小于30mm，承受高载荷，高频冲击，耐疲劳并在300℃以下工作的弹簧。现在汽车，拖拉机、飞机及各种压缩机的阀们弹簧几乎全部采用铬钒钢丝制造。铬钒钢的典型牌号是50CrVA。
50CrVA钢丝脱碳倾向小，淬火时过热敏感性低，回火稳定性好，热处理后组织均匀，晶粒细，主要用于对疲劳寿命有很高要求的弹簧。但考虑到表面缺陷对疲劳有决定性的影响，飞机、轿车等重要用途的阀门钢丝，必须选用50CrVA磨光钢丝。
欧洲汽车发动机习惯用50CrVA，为确保阀门弹簧寿命，对钢材采用的主要技术措施是：通过精炼提高钢的纯净度；通过成品磨光彻底消除轧钢、冷加工带来的表面缺陷。
近年来为实现节能高效目标，发动机向小型化方向发展，阀门弹簧承受的载荷相应增大，为此开发了67CrVE超纯弹簧钢。
由于Si提高弹性极限的效应显著，同时能提高钢的耐热性能，日本和美国汽车行业主张用55CrSi取代50CrV制作高应力阀门弹簧，55CrSi的许用应力和使用温度均高于50CrV。美国汽车工程师协会
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弹簧钢丝和弹性合金丝
规定Cr—Si钢的代号为SAE9254，92代表铬硅钢，54代表平均含碳量为0.54%。 (5) W-Cr-V系弹簧钢
钨铬钒系弹簧钢属于高温弹簧钢。钨和钒都是强碳化物形成元素，具有提高钢的淬透性，减少钢的过热敏感性，抑别回火脆性，改善回火稳定性作用；同时能细化晶粒，提高钢的高温强度和硬度。钨铬钒系弹簧钢的典型牌号是30W4C42V。
4.2.2 合金弹簧钢丝标准、应用范围及工艺控制要点。
我国合金弹簧钢丝分两类，合金弹簧钢丝，油淬火回火合金弹簧钢丝。从发达国家合金弹簧使用现状来看，油淬火回火钢丝所占比例越来越大，日本工业标准（JIS）规定，合金弹簧钢丝全部以油淬火回火状态供货。
(1) GB/T5218—1999《合金弹簧钢丝》
该标准将原GB5218—85《硅锰弹簧钢丝》、GB5219—85《铬钒弹簧钢丝》和GB5221—85《铬硅弹簧钢丝》三个标准合并成一个标准。
标准适用于制作高、中应力弹簧用合金弹簧钢丝，钢丝缠簧成形后需经淬火回火处理才能使用。 标准列出60Si2MnA、50CrVA和55CrSiA三个钢号，化学成分如表19，同时规定根据需方要求，可以供应其它牌号钢丝。
表19 合金弹簧钢丝化学成分
牌 号 50CrVA 55CrSiA 60Si2MnA 化 学 成 分 （质 量 分 数） % C Si Mn Cr V P S Ni Cu 0.46～0.54 0.17～0.37 0.50～0.80 0.80～1.10 0.10～0.20 0.50～0.60 1.20～1.60 0.50～0.80 0.50～0.80 0.56～0.64 1,60～2.00 0.60～0.90 ≤0.35 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.35 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.20 ≤0.35 ≤0.25 钢丝一般按冷拉状态交货，成品直径≤5.0mm检验抗拉强度Rm≤1035Mpa，直径>5.0mm钢丝检验HB≤302，相当于轻拉状态。生产中大规格（Ф>8.0）成品冷拉减面率不超过25%，小规格钢丝（Ф≤5.0）减面率不超过30%。退火状态交货钢丝太软，极易产生死弯，缠簧时往往造成簧形不好，螺距不均。冷拉减面率偏大时钢丝太硬、缠簧时反弹大，粗簧成形困难。所以直接缠簧的钢丝以轻拉状态供货最合适。对于钢丝购回还要进行冷加工（如压扁、轧成异型截面等）的用户，应推荐选用退火状态交货钢丝。
为保证缠簧性能，成品钢丝进行缠绕试验，直径≤5.0mm钢丝在相当于钢丝直径1～2倍的芯棒上缠绕6圈，不得破裂和折断。
标准考虑到用户需求和冶金厂设备状况，规定钢丝总脱碳层(铁素体十过渡层)允许深度分2个组别考核，如表20。
表20 钢丝一边总脱碳层深度
牌 号 50CrVA 55CrSiA 60Si2MnA Φ≤6.0mm Ⅰ 组 ≤1.0% ≤1.5%D ≤1.5%D Ⅱ 组 ≤1.5%D ≤2.0%D ≤2.0%D Φ＞6.0～10.0mm Ⅰ 组 ≤1.5%D ≤2.0%D ≤2.0%D Ⅱ 组 ≤2.0%D ≤2.0%D ≤2.0%D Φ＞10.0mm Ⅰ 组 ≤2.0%D ≤2.5%D ≤2.5%D Ⅱ 组 ≤2.5%D ≤2.5%D ≤2.5%D 脱碳和表面缺陷严重的降低弹簧疲劳寿命，必须严格控制。特别是60Si2MnA和55CrSi，含硅量较
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弹簧钢丝和弹性合金丝
高，退火时极易脱碳。盘条球化退火和半成品再结晶退火推荐采用低温，长时间的退火工艺。如前所述，疲劳寿命要求高的弹簧，必须选用磨光钢丝，但需要分清是退火磨光还是冷拉磨光。50CrV软态钢丝磨光时磨屑极易粘附到钢丝表面，形成不规则小白点，所以尽可能采用冷拉磨光工艺，减少表面“白点”。
在表面质量保证条件下，夹杂含量就成为影响疲劳寿命的最重要因素，所以标准规定，需方有要求时可增加非金属夹杂物，石墨碳检验。 (2) GJB5259—2003《航空用合金弹簧钢丝规范》
航空用合金弹簧钢丝规范包括50CrVA、60Si2MnA和65Si2MnWA三个牌号，化学成分如表21。
表21 航空用合金弹簧钢丝化学成品
化 学 成 分 （质 量 分 数） % 牌 号 50CrVA 60Si2MnA C 0.46～0.54 0.56～0.64 Si 0.17～0.37 1.60～2.00 1.50～2.00 Mn 0.50～0.80 0.60～0.90 0.70～1.00 Cr 0.80～1.10 ≤0.35 ≤0.35 W — — 0.80～1,20 V S P Ni Cu 不小于 0.025 0.025 0.025 0.25 0.25 0.25 0.20 0.20 0.20 0.10～0.20 0015 — — 0015 0015 65Si2MnWA 0.61～0.69 该标准结合航空行业实际，增添了常用牌号65Si2MnWA，对50CrVA和60Si2MnA的成分（V、S、P、Ni、Cu）控制也严于其它标准，标准强调“钢丝用钢应采用电渣重熔方法冶炼”，经供需双方协商可以采用电炉加炉外精炼或其它方法冶炼。
钢丝以冷拉、退火和冷拉磨光3种状态交货。从使角度考虑，直接绕簧的钢丝应选用冷拉或冷拉磨光状态。冷拉状态钢丝力学性能应符合表22规定。
表22 冷拉钢丝的力学性能
牌 号 65Si2MnWA 50CrVA 、60Si2MnWA 抗拉强度 不大于N/mm2 1180 1030 硬度 不大于HBW 345 302 说明：①直径大于5.0mm的钢丝可检验布氏硬度代替抗拉强度。 ②直径大于5.0mm的直条和磨光钢丝，性能允许有10%的波动。
为保证缠簧性能，直径≤5.0mm钢丝进行缠绕试验，直径≤4.0mm钢丝在相当于钢丝直径的芯棒上缠绕6圈，不得破裂和折断。直径＞4.0mm～5.0mm钢丝在相当于钢丝直径1～2倍的芯棒上缠绕6圈，不得破裂和折断。
钢丝检验总脱碳层(铁素体十过渡层)，对脱碳层深度的要求相当于GB/T5218-1999的Ⅰ组指标。 (3) GB/T18983-2003《油淬火-回火弹簧钢丝》
我国原有油淬火-回火合金弹簧钢丝标准是按钢种和用途来划分的，如YB/T5104—93《油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝》和YB/T5105—93《阀门用油淬火-回火铬硅合金弹簧钢丝》，2003年将所有油淬火-回火弹簧钢丝合並为一个标准，即GB/T18983-2003《油淬火-回火弹簧钢丝》。新标准规定油淬火-回火合金弹簧钢丝的分类、代号及直径范围如表23。
表23 油淬火-回火合金弹簧钢丝的分类、代号及直径范围
分 类 静态 中疲劳 高疲劳 23
弹簧钢丝和弹性合金丝
FDCrV（A、B） FDSiMn FDCrSi 0.50～17.00 TDCrV（A、B） TDSiMn TDCrSi 0.50～17.00 抗拉强度 中强度 高强度 VDCrV（A、B） VDCrSi 0.50～10.00 直径范围 /mm 说明：1.静态级钢丝适用于一般用途弹簧，以FD表示。
2.中疲劳级钢丝适用于离合器弹簧，悬架弹簧等，以TD表示。 3.高疲劳级钢丝适用于剧烈运动的场合,例如阀门弹簧，以VD表示。
标准列出了4个牌号合金弹簧钢丝的化学成分(如表24),同时规定：经供需双方协议，可供应其它牌号的钢丝。
表24 合金弹簧钢丝的化学成分
代号 FDCrV-A TDCrV-A VDCrV-A FDCrV-B TDCrV-B VDCrV-B FDSiMn TDSiMn FDCrV TDCrV VDCrV 0.47～0.55 0.10～0.40 0.60～1.20 ≤0.025 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.025 0.50～0.80 0.40～0.60 0.15～0.25 化 学 成 分 /质量分数% C Si Mn P ≤0.030 S ≤0.030 0.80～1.10 0.15～0.25 Cr V Cu ≤0.20 ≤0.12 ≤0.20 ≤0.12 ≤0.25 ≤0.20 ≤0.12 0.62～0.72 0.56～0.64 0.50～0.60 0.15～0.30 1.50～2.00 1.20～1.60 0.50～0.90 0.50～0.90 0.50～0.90 钢丝表面缺陷和脱碳层严重地影响到弹簧的疲劳寿命，因此标准对成品钢丝表面质量有明确规定：钢丝表面应光滑，不应有对使用产生有害影响的划伤、裂纹、锈蚀、折叠、结疤等缺陷。VD级和VD级钢丝表面不得有全脱碳层，允许半脱碳层深度：VD级≤1.0%d、TD级≤1.3%d；FD级钢丝全脱碳+半脱碳深度≤1.5%d；TDSiMn钢丝半脱碳层深度≤1.5%d。
各种级别油淬火回火钢丝的力学性能要求如表25和表26。
表25 静态级和中疲劳级钢丝力学性能
钢丝直径 mm ＞1.00～1.30 ＞1.30～1.40 ＞1.40～1.60 ＞1.60～2.00 ＞2.00～2.50 ＞2.50～2.70 ＞2.70～3.00 ＞3.00～3.20 ＞3.20～3.50 ＞3.50～4.00
抗 拉 强 度 /MPa FDCrV-A TDCrV-A 1750～2010 1750～1990 1710～1950 1710～1890 1670～1830 1660～1820 1630～1780 1610～1760 1600～1750 1560～1710 FDCrV-B TDCrV-B 1850～2100 1840～2070 1820～2030 1790～1970 1750～1900 1720～1870 1700～1850 1680～1830 1660～1810 1620～1770 FDCrSi TDCrSi 2000～2250 2000～2250 2000～2250 2000～2250 1970～2140 1950～2120 1930～2100 1910～2080 1900～2060 1870～2030 24
断面收缩率 不小于% FD 45 45 45 45 45 45 45 40 40 40 TD 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 抗拉强度/MPa FDSiMn TDSiMn 1850～2100 1850～2100 1850～2100 1820～2000 1800～1950 1780～1930 1760～1910 1740～1890 1720～1870 1710～1860 断面收缩率 不小于% FD 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 TD 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 弹簧钢丝和弹性合金丝
＞4.00～4.20 ＞4.20～4.50 ＞4.50～4.70 ＞4.70～5.00 ＞5.00～5.60 ＞5.60～6.00 ＞6.00～6.50 ＞6.50～7.00 ＞7.00～8.00 ＞8.00～9.00 ＞9.00～10.0 ＞10.0～12.0 ＞12.00～14.0 ＞14.0～15.0 ＞15.0～17.0 1540～1690 1520～1670 1510～1660 1500～1650 1460～1610 1440～1590 1420～1570 1400～1550 1380～1530 1370～1520 1350～1500 1320～1470 1300～1450 1290～1440 1270～1420 1610～1760 1590～1740 1580～1730 1560～1710 1540～1690 1520～1670 1510～1660 1500～1650 1480～1630 1470～1620 1450～1600 1430～1580 1420～1570 1410～1560 1400～1550 1860～2020 1850～2000 1840～1990 1830～1980 1800～1950 1780～1930 1760～1910 1740～1890 1710～1860 1700～1850 1660～1810 1660～1810 1620～1770 1620～1770 1580～1730 40 40 40 40 35 35 35 35 35 30 30 30 30 45 45 45 45 40 40 40 40 40 35 35 1700～1850 1690～1840 1680～1830 1670～1820 1660～1810 1650～1800 1640～1790 1630～1780 1620～1770 1610～1760 1600～1750 1580～1730 1560～1710 1550～1700 1540～1690 35 35 35 35 30 30 30 30 30 30 30 30 30 35 35 35 35 30 30 30 30 30 30 30 30 30 说明：①直径＞1.0mm钢丝检验断面收缩率。
②同一盘或同一轴钢丝抗拉强度允许波动范围为： FD级钢丝不应超过70MPa； TD级钢丝不应超过60MPa。
③直径＜3.0mm钢丝应进行缠绕试验，在与钢丝直径相等的芯棒上缠绕4圈，缠绕后的试样表面不得有裂纹和断裂。
④直径＞6.0mm钢丝应进行弯曲试验，钢丝沿直径等于2d的圆弧弯曲90°，表面不得有裂纹。 ⑤直径0.70～6.0mm钢丝应进行单向扭转试验，扭转次数应大于3次，扭转断口应平齐。 ⑥TD级钢丝可进行双向扭转试验，试验结果应符合表27要求。
表26 高疲劳级钢丝力学性能
钢丝直径 mm ＞1.00～1.30 ＞1.30～1.40 ＞1.40～1.60 ＞1.60～2.00 ＞2.00～2.50 ＞2.50～2.70 ＞2.70～3.00 ＞3.00～3.20 ＞3.20～3.50 ＞3.50～4.00 ＞4.20～4.50 ＞4.70～5.00 ＞5.00～5.60 ＞5.60～6.00 ＞6.00～6.50 ＞6.50～7.00 ＞7.00～8.00 ＞8.00～9.00
抗 拉 强 度 /MPa VDCrV-A 1700～1900 1680～1860 1660～1860 1640～1800 1620～1770 1610～1760 1600～1750 1580～1730 1560～1710 1540～1690 1520～1670 1500～1650 1480～1630 1470～1620 1440～1590 1420～1570 1410～1560 1390～1540 VDCrV-B 1860～2010 1840～1990 1820～1970 1770～1920 1720～1860 1690～1840 1660～1810 1640～1790 1620～1770 1570～1720 1540～1690 1520～1670 1490～1640 1470～1620 1440～1590 1420～1570 1390～1540 1370～1520 25
VDCrSi 2030～2230 2030～2230 2000～2180 1950～2110 1900～2060 1890～2040 1880～2030 1870～2020 1860～2010 1840～1990 1810～1960 1780～1930 1750～1900 1730～1890 1710～1860 1690～1840 1660～1810 1640～1790 断面收缩率 不小于% 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 40 40 40 40 40 35