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扬大研发高性能弹簧钢 浅谈材料开发的疲劳试验

2020年03月17日 10:27:28来源:仪器网作者:宋池

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  【仪器网 材料化工】弹簧时常见的机械零件,虽然经常被人忽视,但却是机动器械的关键元件之一,起着减震、储能、支撑、减缓等作用。小至手表,大至火箭都离不开弹簧及弹簧零件。弹簧在使用时经常受到拉、压、扭转、冲击等力的作用,如果制作弹簧的材料没有足够好的的疲劳强度、抗拉强度以及塑性和韧性等性能,很容易出现突然失效断裂等情况,造成机械故障。
 

 
  专门用于制作弹簧和弹性元件的钢被称作弹簧钢,在淬火和回火状态下具有特殊的弹性。弹簧钢的生产技术水平和性能决定了弹簧的性能,因此在汽车、机械等工业行业中具有重要的作用。
 
  近日,扬州大学机械工程学院的研究团队从我国目前生产的碟簧和气门弹簧存在的强度低、疲劳性能不足等问题出发,运用新型多步低温等温淬火工艺研发出一种综合性能优异的弹簧钢。利用这种弹簧钢制作的新型碟簧产品不仅在硬度、强度以及疲劳寿命等性能上实现了极大突破,让国产弹簧的性能追赶上了国际顶尖水平,还减少了加热过程中的污染,实现了可持续发展。
 
  在弹簧钢的开发过程中,材料的疲劳性能是最重要的关键指标。在实际使用过程中,引起弹簧失效的原因有疲劳、腐蚀和弹性减退等,而疲劳是弹簧破坏的主要原因。疲劳是指金属机件在交变应力条件下经过较长时间工作而发生断裂的现象,这种断裂可能会造成严重的后果。因此提高疲劳性能是弹簧钢开发的主要方向之一。而疲劳性能的检测就需要疲劳试验。
 
  弹簧钢的疲劳试验一般可分为三个部分:常规力学性能试验、旋转弯曲疲劳试验以及裂纹扩展速率试验。
 
  常规力学性能试验包括利用材料试验机进行拉伸试验,测定实验样品的拉伸性能;利用摆锤式冲击实验机进行冲击实验,测定断裂冲击吸收功;利用洛氏硬度计测量冲击试样洛氏硬度等。旋转弯曲疲劳试验主要利用型旋转弯曲疲劳试验机衡量实验钢的疲劳性能。裂纹扩展速率试验使用的设备主要为液压伺服试验机,先在试样上预制疲劳裂纹,然后进行 裂纹扩展速率实验。
 
  疲劳试验完成后还需要利用扫描电子显微镜观察试样在不同回火温度条件下的微观组织形貌、冲击断口和拉伸断口形貌,确定引起试样断裂的原因;观察不同回火温度下的疲劳断裂机制是否相同;测量夹杂物的大小,确定其成分等。通过这些观得到的反馈进行工艺调整。
 
  各类试验机设备在材料开发中发挥着无可替代的作用。虽然计算机技术的发展以及可以通过理论建模等方式提出可行的方案,但方案的验证同样需要利用试验机进行性能检测。而随着材料科学的发展以及现代工业对材料不断提出新的需求,试验机在不断扩大应用领域的同时,也面临着新的技术要求。
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