弹簧钢丝和弹性合金丝
＞9.00～10.0 1370～1520 1340～1490 1620～1770 35 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： VD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。
⑥VD级钢丝可进行双向扭转试验，试验结果应符合表27要求。
表27 双向扭转试验要求
钢丝直径 mm ＞1.00～1.60 ＞1.60～2.50 ＞2.50～3.00 ＞3.00～3.50 ＞3.50～4.50 ＞4.50～5.60 ＞5.60～6.00 6 4 3 4 0 TDCrV VDCrV 右转圈数 左转圈数 8 TDCrSi VDCrSi 右转圈数 5 左转圈数 油淬火-回火钢丝生产包括4个环节：盘条预处理、拉拔、油淬火和回火。热轧盘条的冶金质量和表面质量对成品钢丝的疲劳性能有决定性的影响，高疲劳、高强度钢丝往往采用剥皮处理，彻底去除热轧盘条表面缺陷，再生产油淬火-回火钢丝。如果用控轧控冷盘条（Rm≤1200MPa、Z≥25%）可以直接去除氧化皮后，涂层拉拔。常规热轧盘条和半成品钢丝则需进行球化退火和再结晶退火处理。
冷加工可以改善钢丝的显微组织结构，细化晶粒，同时冷加工产生的应力也有利于碳化物更快更均匀地熔入奥氏体中。成品钢丝根据规格大小，一般要进行减面率为20%～80%的拉拔，条件允许可适当选用规格较大的热轧盘条。为确保成品钢丝盘重，直进式拉丝机的成品卷筒多采用倒立式收线方式。
油淬火-回火处理在展开式连续炉上进行。近年来油淬火-回火生产线的技术水平不断进步，生产效率不断提高，中等规格（υ2.0～4.0mm）钢丝的DV值高达480，大规格（υ≥8.0mm）钢丝的DV值也达到300以上。现代化生产线多采用明火燃气(用天然气等高热值燃气)加热炉、感应加热+电阻加热式马弗炉均温，或高温铅浴加热的方式实现钢丝奥氏体化。明火加热炉设备投入少，多头作业工作效率高，性能均匀性也较好，但钢丝氧化、脱碳无法避免，成品质量受影响。感应加热速度快，尽管同时处理头数仅有一两根，但运行速度极快，生产效率仍很高，操作环境好，特别适用于大规格（υ≥8.0mm）钢丝生产，但设备制造成本高，性能波动较大。高温铅浴加热速度快（介于前两种之间）、均匀性好、氧化轻、无脱碳之忧，适用于中小规格钢丝生产，但铅尘对环境的污染和人体健康的危害均很大。淬火采用溢流小油槽与大油槽配合的方式实现油温自动控制，可将油温控制在50±2℃范围内，感应加热生产线采用70℃热水作为淬火介质。回火通常用铅浴槽、沸腾粒子炉（用一定粒度的石英砂、碳化硅或金刚砂颗粒）、感应加热等几种方式。为提高钢丝抗弹减性能，在回火装置前后还配备张紧轮，使钢丝在一定张力拉紧状况下通过回火装置。回火后的钢丝经水冷、涂防锈油后收线成卷。油淬火-回火钢丝的单卷重量一般在1t左右，直径8.0mm以上钢丝盘卷直径为1600～1800mm，直径8.0mm以下钢
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丝盘卷直径也有1000mm。
用油淬火-回火合金弹簧钢丝绕制的弹簧,只要像冷拉碳素弹簧钢丝一样进行消除应力处理（见表28）即可使用，深受欢迎，现在越来越多行业选用油淬火-回火钢丝，特别是直径14.0mm以下油淬火-回火合金弹簧钢丝有全部取代冷拉状态钢丝的趋势。
表28 油淬火-回火合金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/℃ Cr-V 240～260 290～315 345～370 Cr-Si 260～290 315～340 370～400 ≤1.25mm 15～20 20～30 30～45 时 间 /min ＞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 5 弹簧失效与弹性材料的质量控制
弹簧失效的表现形式主要有两种：疲劳断裂和弹性减退。防止弹簧失效的措施是多方面的，包括合理选用弹性村料、根据载荷种类合理设计弹簧几何形状、选择适当的弹簧制作方法和采用合理的热处理工艺等，其中提高弹性材料的质量是最重要的。 5.1 弹簧钢丝的疲劳性能
弹簧钢丝的疲劳断裂有以下几点明显的特性：①疲劳断裂从疲劳源开始，疲劳源一旦形成，很快扩展成疲劳断裂；②疲劳源首先在钢丝表面或次表面生成，逐步向内部发展；③疲劳源的生成与扩展与钢丝的应力状况密切相关，不同应力状况对应着不同的临界尺寸缺陷。缺陷小于临界尺寸，一般不致于成为疲劳源，也就是说此缺陷对疲劳寿命的影响不大；④钢丝抗拉强度越高或实际使用应力越大，能形成疲劳源的临界缺陷尺寸越细小。
钢丝抗拉强度小于1320MPa(HV≤400)时, 疲劳源通常在基体内部滑移带裂纹或晶界裂纹处生成，此时疲劳试验的数据分散度很小，疲劳极限与抗拉强度(硬度)之间保持着良好的线性关系,钢丝的弯曲疲劳极限可以用公式换算：
σ-1=1.6HV±0.1HV (HV≤400)
随着钢丝抗拉强度增大，临界尺寸越来越细小，钢丝的表面缺陷和内部夹杂物逐渐成为疲劳源。由于表面缺陷和夹杂分布具有偶然性，疲劳实验数据分散度加大，疲劳极限与抗拉强度不再呈线性关系。并且高强度钢丝的疲劳源常常从表面转移到次表面，形成“鱼眼”状断裂。以汽车发动机气门弹簧为例，据统计非金属夹杂物引起的断裂占40%，钢丝表面缺陷引起的断裂占30%。 (1)夹杂物对疲劳寿命的影响
非金属夹杂物对疲劳寿命的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布，另一方面受钢丝基体组织和加工工艺的制约。A类和C类塑性夹杂在热加工和冷加工过程中参与变形，其膨胀系数比较高，能与钢丝保持紧密结合，界面和夹杂物内部不会产生“空洞”型裂纹，对疲劳寿命影响不大。B类夹杂物是脆性夹杂物，加工过程中不变形，只能破碎；D类是点状不变形夹杂物，还有TiN夹杂,这三中夹杂物的膨胀系数与钢差别较大，在冷、热加工过程中极易在钢中形成空洞或裂纹。弹簧工作时这些空洞或裂纹在应力作用下很快形成疲劳源，引发弹簧失效。相对比较D类和TiN夹杂物对疲劳寿命危害最大，B类夹杂物次之。
降低非金属夹杂物，尤其是D类和B类夹杂物的含量一直是炼钢追求的目标，但夹杂物的尺寸及
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形状对疲劳寿命的影响要比含量影响更为显著。随着夹杂物尺寸增大，钢丝的疲劳极限呈线性降低，抗拉强度越高，夹杂物变化所引起的影响越显著。从形状上分析，形状不规则、多棱角的夹杂物对疲劳寿命的危害要大于棱角圆滑的球状夹杂，块状棱角分明的TiN夹杂的危害大于点状不变性氧化铝夹杂。从分布状态分析，集中分布夹杂的危害大于弥散分布夹杂，表面和次表面夹杂的危害大于芯部夹杂。
日本神户制钢和住友金属是对合金弹簧钢非金属夹杂控制比较成功的企业，神户对925V(Cr-Si超纯净钢)盘条夹杂物控制标准是：①夹杂物总量：dT≤0.10%(JISG0555),②按“marx-1”检验，从表层到0.5r(半径)处的夹杂物粒度应≤10μm，从0.5r到中心处的夹杂物粒度应≤20μm。住友对C9254MSC（55CrSi）及C6150ASC（67CrV）盘条夹杂物的控制标准是：钢丝表面1/3r处不变形夹杂物尺寸和极限数量应符合表29规定。
表29 合金弹簧钢热轧盘条的不变形夹杂物尺寸及允许数量
夹杂物尺寸 允许数量 W＜5μm 不限 5μm≤W≤10μm ＜15个 10μm＜W≤15μm ＜8个 W＞15μm 0个 说明：①用夹杂物宽度(W)来衡量不变形夹杂物。（L/W≥3）。 ②受检验面积1000mm。
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目前冶金厂降低合金弹簧钢夹杂物的含量的措施除传统的强化冶炼、炉外精炼、真空处理外，普遍采用合成渣系和铁合金配合，对夹杂物进行变性处理，使高熔点的点状不变形D类夹杂转化为熔点较低的C类塑性或半塑性夹杂，改善合金弹簧的疲劳寿命。 （2）表面缺陷对疲劳寿命的影响
弹簧在交变载荷作用下，表面承受的应力和应变最大，表面微小缺陷，如运输的擦伤、粗糙的磨痕、甚至连打标记的印痕都能引起应力集中，演变成疲劳源。钢丝的抗拉强度越高，表面缺陷导致疲劳破坏的几率越大。从图3可以看出，随着钢丝抗拉强度的增加，表面加工精度对钢丝疲劳极限的影响越显著。所以弹簧钢丝表面质量要求很严，表面不允许有裂纹、折叠、起刺、班疤等有害缺陷。钢丝表面脱碳会造成表面硬度下降，而弹簧钢丝的疲劳极限与硬度成正比，所以脱碳也是降低疲劳寿命的重要因素，必须严格控制。同理
氮化、渗碳或碳氮共渗等表面处理可以提高钢丝表面硬度， 图3 表面缺陷对钢丝疲劳极限的影响 都是提高弹簧疲劳极限的手段。喷丸处理可以消除钢丝表面一些缺陷，改善钢丝表面应力分布状态，使表层产生一定的强化效应，也是提高疲劳寿命的有效措施。 5.2 弹簧钢丝的弹减性
弹性减退是弹簧在弹性范围内的一种微塑性变形，是弹簧失效的最常见的表现形式。长期以来，人们对材料的弹减性重视不够，研究较少，某些重要用途弹簧，如汽车悬挂簧，发动机气门簧，压缩机支撑簧，纺织机摇架簧等弹簧的弹性减退问题一直未能得到根本解决，成为一大技术难题。
近期研究表明：在常温或接近常温条件下，弹簧钢丝的弹减性分为两个阶段。第一阶段弹减性是由回复引起的，弹减率较大，位错组态和亚结构变化比较明显。第二阶段是动态回复起作用，位错亚
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结构变得比较均匀和稳定，故弹减率较小。 5.2.1影响钢丝弹减性的因素
弹减性的实质是塑性变形，所以一切影响材料塑性变形的因素，如显微组织结构，晶粒度，析出相的形态和分布都将影响弹减性。也就是说：材料的化学成分、热加工、冷加工、热处理工艺的改进，都能提高材料的抗弹减性能。 (1)化学成分的影响
常用合金元素对弹簧钢弹减性的影响可分为两种：碳、硅、钒、硼的影响为正效应，即提高弹减抗力；锰、铬、铌的影响为负效应，即降低弹减抗力。合金元素对弹减抗力的影响如表30。
表30 合金元素对弹减抗力的影响
合金元素 排列次序 极差R 相对百分比 % (碳为100%) C 1 ＋86.36 100 Si 2 ＋55.90 64.7 V 3 ＋43.64 50.5 B 4 ＋25.86 29.9 Nb 5 －17.84 20.7 Mn 6 －15.30 17.7 Cr 7 －1.42 1.6 说明：R是用鲍辛格（Baushinger）扭转试验法测得的数据，“＋”表示弹减抗力提高，“－”表示弹减
抗力下降，数值越大效应越显著。
碳是弹簧钢中必不可少的元素，它以间隙固溶体的形式溶解在钢中，有效地强化铁素体，同时形成大量碳化物，产生沉淀硬化作用，提高钢的抗拉强度、疲劳极限、显著地提高弹簧钢的弹减抗力。但考虑到钢的综合性能，碳素弹簧钢的碳含量不超过0.95%，合金弹簧钢的碳含量不超过0.80%。许多研究还证明，低碳钢只要热处理工艺得当，也能获得很高的弹减抗力，如具有低碳回火马氏体组织的SiMnVB钢，比具有回火屈氏体组织的中碳钢有更好的抗弹减性能。
硅是弹簧钢中常用的合金元素，也是除碳外对弹减性能影响最大的元素。硅是铁素体强化元素，能降低碳在铁素体中的扩散速度、抑制渗碳体在回火过程中形核和长大、细化渗碳体的粒度、缩小渗碳体的间距，从而改善钢的弹减抗力。对弹簧钢中硅的含量，尽管观点不完全相同，但普遍认为1.5%是最佳含量，1.5~2.0%作用减弱，超过2.2%基本不起作用。
钒和铌是强碳化物形成元素，在钢中形成细小、坚硬的MC型碳化物，阻止晶粒长大。相对比较，钒在钢中溶解度较大，淬火回火时还能产生沉淀强化效果，铌单独使用时不产生沉淀强化效应，但钒和铌混合使用，可缩短两者完全溶入奥氏体中的时间，增强沉淀硬化效应，所以常用适量的钒和铌来改善合金弹簧钢的弹减性能。
在含硅弹簧中添加0.35~0.70%的铬，可以减缓钢的脱碳趋势，抑制石墨碳析出，同时还能提高钢的淬透性。但弹簧钢中的铬大部分溶于碳化物中，实际上不起固溶强化作用，对改善弹减性作用不大。
一般认为：钼有改善弹簧钢弹减抗力作用，当钢中钼含量≤0.4%时，随着Mo含量增加，钢的屈强比增加，特别是工作温度高达200~300℃时，钼对弹减抗力的改善作用要大于硅和钒，仅加0.2%的钼，弹减抗力可提高一倍。
硼不仅可以提高钢的淬透性，对改善钢的弹减性也非常有效。据分析硼以间隙固溶解形式溶于奥氏体和铁素体中，固溶强化作用较强，又特别易集中在位错线附近，对位错具有很强的“钉扎”作用，使位错滑移困难，抑制形变过程。与微量硼就可以显著提高钢的淬透性一样，单位重量的硼，改善弹
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减性能力是碳的50倍，硅的400倍，见表31。
表31 单位重量(0.01%wt)元素对弹减抗力的影响
合金元素 排列次序 极差 R 相对百分比 % (硼为100%) B 1 199 100 V 2 4.36 2.19 C 3 3.75 1.89 Si 4 0.45 0.23 Mn 5 0.27 0.14 Cr 6 0.04 0.02 锰对弹簧钢的弹减抗力有负面影响，但锰提高钢的淬透性，有利于脱氧，可消除硫的有害作用，所以弹簧钢中一般均含有2.5%以下的锰。 (2)显微组织的影响
显微组织对弹簧钢的弹减抗力有较大的影响，同一牌号的钢，组织状态不同弹减性也会有差异。一般认为，回火马氏体组织，细小、密集、呈球状分布的碳化物，对位错运动具有较强的阻力，弹减性能也较好，所以淬火回火钢丝弹减性优于冷拉弹簧钢丝。以低碳马氏体钢30SiMnVB和中碳弹簧钢55SiMnVB为例，要获得相同的强韧性，30SiMnVB可以选用较低的回火温度，回火后的组织具有高度弥散的碳化物质点，这些质点对位错起有效的“钉扎”作用，使位错移动成为一种短程、广泛、均匀而无定向的位移，钢在表现出良好的宏观塑性变形能力的同时，具有良好的微观硬化效果，因此具有较高的弹减抗力。中碳钢55SiMnVB必须选用较高的回火温度，回火时除共格碳化物溶解，非共格碳化物析出外，碳化物质点开始聚集长大和球化，从而使位错起“钉扎”作用的质点减少，位错将绕过这些颗粒较大的质点产生定向、长程位移，尽管表现出来的宏观塑形较好，但微观硬化效果不佳，弹性抗力不如30SiMnVB。
热处理工艺对弹减性的影响，直观的表述是：提高弹簧钢热处理后的硬度，就能提高弹减抗力，在高应力弹簧中，硬化的影响更为明显。 (3)钢的纯净度
提高使用硬度是提高弹簧钢丝使用应力，改善弹减抗力的最简单的方法。但采用低温回火来提高使用硬度，会造成弹簧韧性下降，同时在高强度下使用，非金属夹杂物造成疲劳断裂失效的几率急剧加大。采用各种精炼方法生产的超纯弹簧钢，其氧化量一般在15ppm以下，B类、D类和TiN夹杂极少。超纯钢本身的抗弹减性能虽与常规冶炼的钢基本相同，但因韧性较好，疲劳极限提高，可以通过低温回火提高使用硬度(50HRC提高到54HRC)，从而间接地提高了钢的抗弹减性能。 5.2.2改善弹减性能的工艺措施
改善弹减性能常用的工艺措施有：应变回火处理、感应加热处理和强压处理。 （1）应变回火处理
应变回火处理指在回火钢丝的两端施加相当于抗拉强度30%～50%的拉应力，钢丝在拉力作用下产生微量应变，位错线移动。此时间隙溶质原子（C和N原子）借助于温度向位错线附近扩散，将移动着的位错“钉扎“住。同时回火过程中弥散析出的碳化物提供了更多钉扎点，使位错“钉扎”得更加完全、更加充分，提高了钢丝塑性变形抗力，改善了钢丝的弹减性能。 (2)感应加热处理
感应加热速度快，钢丝表面氧化轻，不易产生脱碳，晶粒也得到细化。用高频感应加热生产的油
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