弹簧是一种重要的机械零件。它的基本作用是利用材料的弹性和弹簧本身的结构特点，在载荷作用产生变形时，把机械功或动能转变为形变能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。

10.3.3.1　弹簧类零件的工作条件、失效方式及性能要求

（1）弹簧类零件的工作条件。

①弹簧大多是在冲击、振动或周期性弯曲、扭转等交变应力下工作，利用弹性变形来达到储存能量、吸振、缓和冲击的作用。因此，用作弹簧类零件的材料应具有高的弹性极限和弹性比功，保证弹簧具有足够的弹性变形能力。

②当承受大载荷时不能发生塑性变形，材料应具有高的疲劳极限，因弹簧工作时一般承受的是变动载荷。

③弹簧材料还应具有足够的塑性、韧性，因脆性大的材料对缺口十分敏感，会显著降低疲劳强度。对于特殊条件下工作的弹簧，还有某些特殊性能要求，如耐热性、耐蚀性等。

（2）弹簧类零件的失效形式。

①塑性变形。在外力作用下，材料内部产生的弯曲应力或扭转应力超过材料本身的屈服应力后，弹簧发生塑性变形。外力去掉后，弹簧不能恢复到原始尺寸和形状。

②疲劳断裂。在交变应力作用下，弹簧表面缺陷（裂纹、折叠、刻痕、夹杂物）处产生疲劳源，裂纹扩展后造成断裂失效。

③快速脆性断裂。某些弹簧存在材料缺陷（如粗大夹杂物、过多脆性相等）、加工缺陷（如折叠、划痕）、热处理缺陷（淬火温度过高导致晶粒粗大，回火温度不足使材料韧性不够）等，当受到过大的冲击载荷时，会发生突然脆性断裂。

④腐蚀断裂及永久变形。在腐蚀性介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效。高温使弹簧材料的弹性模量和承载能力下降，高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。

（3）弹簧类零件的性能要求。

①具有高的屈服强度、弹性极限和屈强比，防止使用过程中发生永久变形。

②具有高的疲劳强度，以免弹簧在长期振动和交变应力作用下产生疲劳断裂。

③具有一定的塑性和韧性，因为太脆的材料对缺口十分敏感，会降低疲劳强度。

④对特殊弹簧还有特殊要求，例如电器仪表中的弹簧要求有高的导电性，在高温和腐蚀介质中工作的弹簧要求有耐高温性能和耐腐蚀性能等。

⑤在工艺性能上，对钢制淬火回火弹簧要求有一定的淬透性、低的过热敏感性、不易脱碳和高的塑性，使其在热状态下容易绕制成型。

⑥对冷拔钢丝制造的小弹簧，要求有均匀的硬度和一定的塑性，以便使钢材冷卷成各种形状的弹簧。

10.3.3.2　弹簧类零件的选材

（1）弹簧钢。

根据生产特点的不同，弹簧钢又分为两类：(www.daowen.com)

①热轧弹簧用钢：通过热轧方法加工成圆钢、方钢、盘条、扁钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧和板簧。弹簧热成型后要进行淬火和回火处理。

②冷轧弹簧用钢：以盘条、钢丝或薄钢带（片）供应，用来制作小型冷成型螺旋弹簧、片簧、蜗卷弹簧等。

常用弹簧用钢的特点和用途见表10.4。

表10.4　常用弹簧用钢的特点和用途

（2）不锈钢。

0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti通过冷轧加工成带或丝材，制造在腐蚀性介质中使用的弹簧。

（3）黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜。

具有良好的导电性、非磁性、耐蚀性、耐低温性及弹性，用于制造电器、仪表弹簧及在腐蚀介质中工作的弹性元件。

10.3.3.3　典型弹簧类零件的选材及加工工艺路线

（1）汽车板簧。

汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度。轻型汽车选用65Mn、60Si2Mn钢制造；中型或重型汽车，板簧用50CrMn、55SiMnVB钢；重型载重汽车大截面板簧用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。

工艺路线：热轧钢带（板）冲裁下料→压力成型→淬火→中温回火→喷丸强化。

（2）火车螺旋弹簧。

火车螺旋弹簧主要用作机车和车厢的缓冲和吸振，使用条件和性能要求与汽车板簧相近，常用材料为50CrMn、55SiMnMoV。

工艺路线：热轧钢棒下料→两头制扁→热卷成型→淬火→中温回火→喷丸强化→端面磨平。

（3）气门弹簧。

内燃机气门弹簧是一种压缩螺旋弹簧。其用途是在凸轮、摇臂或挺杆的联合作用下，使气门打开或关闭，承受的应力不是很大，可采用淬透性比较好、晶粒细小、有一定耐磨性的50CrVA钢制造。

工艺路线：冷卷成型→淬火→中温回火→喷丸强化→两端磨平。

气门弹簧也可由冷拔后经油淬及回火后的钢丝制造，绕制后经300～500℃加热消除冷卷弹簧时产生的内应力。