【正文】 0Si2MnA，熱處理45～50HRc。其部分設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。 　　表1 　　名稱(chēng)鋼絲直徑 　　(mm)彈簧中徑 　　(mm)有效圈數(shù)額定載荷 　　(N) 　　大測(cè)力彈簧16100125000 　　 　　如按表1中的設(shè)計(jì)參數(shù)，并取傳統(tǒng)的切變模量值G＝8104MPa［4］，計(jì)算的大、。彈簧伸長(zhǎng)量公式［4］： 　　式中：P—額定載荷；D—彈簧中徑；n—彈簧有效圈數(shù)； 　　d—彈簧鋼絲直徑；G—材料切變模量。 　　上述只是設(shè)計(jì)計(jì)算的彈簧伸長(zhǎng)量。眾所周知，由于加工后的成品彈簧，特別是熱繞成形并需經(jīng)熱處理的彈簧，不可避免地存在著一定的尺寸偏差。如彈簧鋼絲直徑、彈簧中徑等都可能與設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)不同，甚至偏差很大［4］。這就導(dǎo)致了彈簧的實(shí)際伸長(zhǎng)量與設(shè)計(jì)計(jì)算的伸長(zhǎng)量存在著一定的誤差。表2就是筆者根據(jù)檢驗(yàn)時(shí)測(cè)量的彈簧的有關(guān)尺寸，再按傳統(tǒng)的材料切變模量取值計(jì)算的伸長(zhǎng)量與其實(shí)際測(cè)量的伸長(zhǎng)量比較。 　　表2單位：mm 　　序號(hào)彈簧外徑(D2)彈簧鋼絲直徑(d)彈簧中徑(D)額定載荷下的伸長(zhǎng)量(F) 　　實(shí)測(cè)值按實(shí)測(cè)尺寸代入的計(jì)算值計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之差 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　注：額定載荷下計(jì)算的伸長(zhǎng)量取G＝8104MPa。 　　從表2中可以看出，額定載荷下的伸長(zhǎng)量，其中按實(shí)際測(cè)量的彈簧有關(guān)尺寸計(jì)算的伸長(zhǎng)量，要比設(shè)計(jì)計(jì)算的伸長(zhǎng)量分別大(1．76～20．93)mm和(0．34～22．16)mm。而仍與其實(shí)測(cè)值相差3．21％～4．15％。為什么設(shè)計(jì)計(jì)算的彈簧伸長(zhǎng)量與其實(shí)測(cè)值相差如此之大?正如《彈簧》中提出：“彈簧的特性線，即使是最精確和最仔細(xì)的計(jì)算，其結(jié)果和實(shí)際的數(shù)值總有一定程度的差異，這是由于制成的彈簧不可避免的存在著一定的工藝誤差，以及材料組織非絕對(duì)均勻所造成”。又“由于尺寸誤差和材料因素的影響，計(jì)算的特性線與實(shí)測(cè)值有一定的差異”。“因此，對(duì)特性線有較嚴(yán)格要求的彈簧應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，反復(fù)修改有關(guān)尺寸后，方可成批生產(chǎn)”［1］。可見(jiàn)，彈簧變形量的實(shí)測(cè)值與其設(shè)計(jì)計(jì)算值的確存在著一定的誤差。然而，即使按實(shí)際測(cè)量的彈簧尺寸代入計(jì)算的伸長(zhǎng)量為什么仍與其實(shí)測(cè)值有較大的誤差呢?筆者認(rèn)為，除去彈簧的“尺寸誤差”(含測(cè)量誤差)和“材料因素”(內(nèi)部組織非絕對(duì)均勻)的影響，彈簧的實(shí)際伸長(zhǎng)量與按其實(shí)測(cè)尺寸計(jì)算的伸長(zhǎng)量之間存在的誤差，主要原因是由于彈簧材料經(jīng)過(guò)熱處理后的切變模量發(fā)生了變化而造成的。 　　2熱處理后的彈簧鋼的切變模量 　　為了使彈簧能獲得較高的屈服極限、彈性極限、高的屈強(qiáng)比和疲勞強(qiáng)度，彈簧一般都要經(jīng)過(guò)熱處理。而經(jīng)過(guò)熱處理的彈簧材料的彈性模量和切變模量卻發(fā)生了變化。其中，切變模量變化較大，如常用的彈簧鋼60Si2MnA經(jīng)過(guò)淬火和不同溫度回火處理的彈性模量和切變模量抄于表3。 　　表3彈性模量與切變模量 　　回火溫度℃350400450480 　　Ekg/mm220270(360℃回火)2082320960(440℃回火)20860 　　G814382458316 　　注：回火前先經(jīng)860℃淬火 　　表3說(shuō)明彈簧材料經(jīng)過(guò)淬火，回火處理后的切變模量G變化較大，在一定范圍內(nèi)隨回火溫度的升高而增大，并不再是傳統(tǒng)的8104MPa等。 　　3取熱處理后的切變模量值計(jì)算的彈簧伸長(zhǎng)量與其實(shí)測(cè)值比較 　　如取表3中450℃回火后的切變模量值83160MPa，硬度約為47HRc，再按表2中測(cè)力彈簧的實(shí)測(cè)尺寸代入公式計(jì)算的結(jié)果列于表4。 　　表4單位：mm 　　序號(hào)額定載荷下的彈簧伸長(zhǎng)量 　　實(shí)測(cè)值取G=83160MPa的計(jì)算值計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差(%) 　　19695．930．07 　　28786．380．71 　　 　　 　　 　　 　　注：序號(hào)同表2。 　　顯然，表4中按熱處理后的切變模量取值計(jì)算的彈簧伸長(zhǎng)量與其實(shí)測(cè)值較為接近。其中最大的誤差為0．71％。這說(shuō)明當(dāng)彈簧尺寸、載荷等相同時(shí)，其伸長(zhǎng)量決定于材料的切變模量?；蛘咴诓豢紤]其它條件時(shí)，僅因熱處理改變了材料的切變模量，如60Si2MnA經(jīng)450℃回火處理后的切變模量83160MPa與傳統(tǒng)的8104MPa相比就可使彈簧的變形量相差約3．95％；而與GB／T1239．692中規(guī)定的78103N／mm2則相差6．62％。如果彈簧材料為鉻釩鋼，如50CrVA，取其600℃回火時(shí)(硬度約為47．5HRc)的切變模量G值為86600MPa［6］G＝8104MPa和78103N／mm2相比較，分別相差8．25％和11．03％。亦即，當(dāng)彈簧材料、鋼絲直徑、彈簧中徑、有效圈數(shù)以及結(jié)構(gòu)、載荷等都保持不變時(shí)，只是由于材料經(jīng)過(guò)熱處理后的切變模量值改變，將使彈簧的變形量早在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)就已產(chǎn)生了先天性誤差3．95％或6．62％，甚至更達(dá)8．25％或11．03％。這個(gè)誤差并不是由于彈簧尺寸和材料內(nèi)部的組織不均勻所造成的，而是人為的誤處理或忽略了熱處理對(duì)材料切變模量的影響。因?yàn)?，切變模量不僅僅是材料本身固有的特性，而且還與熱處理狀態(tài)有關(guān)，并決定彈簧的變形量與載荷之間的關(guān)系。為此，筆者認(rèn)為，在對(duì)特性線要求較高的螺旋彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，似應(yīng)根據(jù)彈簧的服役條件，如工作溫度、載荷等，且考慮熱處理對(duì)其切變模量的影響。即按熱處理后的彈簧材料的切變模量取值，而不是傳統(tǒng)的給定值。即使對(duì)于特性線要求不高的螺旋彈簧來(lái)說(shuō)，也不該不考慮彈簧經(jīng)過(guò)熱處理后的切變模量的變化。至于具體應(yīng)取何值，這主要根據(jù)彈簧的工作條件、載荷性質(zhì)等確定。一般情況下，彈簧需經(jīng)淬火加中溫回火處理。按GB／T1239．692規(guī)定，熱處理45HRc～50HRc。只要在相應(yīng)的回火溫度和硬度要求范圍內(nèi)選取切變模量即可。 　　至于合金為單相固溶體時(shí)，由于溶質(zhì)原子存在會(huì)呈現(xiàn)固溶強(qiáng)化效果，對(duì)某些材料還會(huì)出現(xiàn)屈服和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象；當(dāng)合金為多相組織結(jié)構(gòu)時(shí)，其變形還會(huì)受到第二相的影響，呈現(xiàn)彌散強(qiáng)化效果。 　　而陶瓷晶體，由于其結(jié)合鍵（離子鍵、共價(jià)鍵）的本性，再加上陶瓷晶體中的滑移系少，位錯(cuò)的b大，故其塑性變形相對(duì)金屬材料要困難得多，只有以離子鍵為主的單晶陶瓷才能進(jìn)行較大的塑性變形。對(duì)于高分子材料，其塑性變形是靠粘性流動(dòng)而不是靠滑移產(chǎn)生的，故與材料粘度密切相關(guān)，而且受溫度影響很大。 　　材料經(jīng)塑性變形后，外力所做的功部分以儲(chǔ)存能形式存在于材料內(nèi)部，從而使系統(tǒng)的自由能升高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。故此，回復(fù)再結(jié)晶是材料經(jīng)過(guò)冷變形后的自發(fā)趨勢(shì)，加熱則加快這一過(guò)程的發(fā)生。 　　當(dāng)加熱溫度較低，時(shí)間較短時(shí)，發(fā)生回復(fù)。此時(shí)，主要表現(xiàn)為亞結(jié)構(gòu)的變化和多邊化過(guò)程，第一類(lèi)內(nèi)應(yīng)力大部消除，電阻率有所下降，而對(duì)組織形態(tài)和力學(xué)性能影響不大。 　　當(dāng)加熱溫度較高，時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)就發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象。再結(jié)晶時(shí)，新的無(wú)畸變等軸晶將取代冷變形組織，其性能基本上回復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。 　　再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱時(shí)，晶粒將發(fā)生長(zhǎng)大現(xiàn)象。21 /