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弹簧钢(GB1222-84):弹簧钢是用以制造弹性元件的钢种。弹簧和弹性元件主要利用其弹性变性吸收与储存能量,达到缓和震动、冲击或使机件完成某些动作的目的。其主要类型有板簧,螺旋掸簧,扭力弹簧,广泛在飞机、汽车、拖拉机、铁路车辆等起重运输机械以及仪器仪表、家用电器等方面。弹簧主要是在冲击、震动或长期均匀的周期交变应力条件下工作,因此要求弹簧钢具有高的屈服强度。尤其要求有较高的屈强比(屈服强度与抗拉强度之比),与弹性高的疲劳强度、一定的韧性和塑性。对特殊用途的弹簧,如电器仪表中的弹簧要求有较高的导电性,在高温和腐蚀性介质中工作的弹簧,还要求有较高的耐高温耐腐蚀性能。此外弹簧钢还应有良好的表面质量。
弹簧钢按成分分为碳素弹簧钢、合金弹簧钢。碳素弹簧钢含碳量为0.62-0.90%,,其它成分与优质碳素结构钢基本相同,合金弹簧钢含碳量一般为0.46-0.74%,此外还含有硅、锰、铭、钒、钨、钼、硼等元素,不锈弹簧钢主要用于在腐蚀介质中工作的弹簧(参见不锈耐酸钢)。
滚动轴承钢简称轴承钢,是用来制造各类滚动轴承的套圈和滚动体的钢种。滚动轴承用来作为各种机器旋转轴的支座,承受轴上径向或轴向载荷,支持轴的旋转及保持轴工作时的度和灵敏度。轴承在工作时承受着高压而且集中的周期性交变载荷、滚珠与轴承套圈之间的接触面积小。受力集中,有很高的接触应力,还有一定的摩擦。因此,要求轴承钢具有高而均匀的硬度和耐磨性、高的弹性和疲劳强度,足够的韧性和淬透性,同时在大气或润滑剂中具有一定的耐蚀能力。
无缺陷的连铸坯生产技术和控轧控冷手段,来达到尽可能的少加或者不加诸如Cr、N、M 之类的贵重合金元素条件下,使钢在热轧的状态下便可获得高强韧性、高可焊性以及良好的成型性能。铌(Nb)、钒(V)、钛(T) 是常见的微合金元素,有时也向钢中加入钼(Mo)、硼(B)及稀土(RE)等作为微合金元素,我国铌储量比较缺乏,但钒、钛和稀土储量极为丰富。
沉淀强化作用和品粒细化是钢筋中微合金化元素的两大主要作用。钢中的微合金化元素能够形成细小而弥散的碳化物、氮化物以及碳氮化物从而抑制了奥氏体晶粒的长大:在相变之后,细小的铁素体能够提高钢筋的强韧性,由此可见氮元素对钢筋微合金化过程中碳氮化物的析出行为有着重要的作用。
C在传统的钢铁制备中是决定钢材力学性能的主要元素,螺纹钢筋规定的含碳量 W(C)<0.25%,HRB400 的螺纹钢筋碳当量ceq≤0.54。HRB500的螺纹钢筋碳当量ceq≤0.5%,C 元素的添加通常被视为是主要的强化措施,碳含量每增加0.1%,屈服强度和抗拉强度可分别提高 28N/mm2和 70Nmm。碳的存在对奥氏体具有稳定作用,同时对贝氏体的转变具有延缓作用,另一方面能够降低上贝氏体的下限温度。含碳量很大程度的决定着残留奥氏体的的稳定性。液态凝固时的膨胀会被碳所形成的球状石墨大大增加,于是降低了凝固收缩导致的缩松倾向、缩孔和残余应力,提高了了材料的内在质量4。钢材在轧制过程中发生相变形成了铁素体(F)、渗碳体(Fe3O)和奥氏体(A),其他的对钢材起到强化作用的组织,如魏氏体(W)、马氏体(M)、贝氏体(B)等合金相则是在不同的冷却条件下形成的。碳含量的增加能够渗碳体的含量,但由于渗碳体硬而脆,在提高钢材的强度和硬度的同时使得韧性与塑性下降。因此,在对钢的化学成分进行设计时,必须对各元素对钢的作用进行综合的考虑,满足钢筋刚度要求的同时,必须要保证其良好的塑性。要严格控制钢中C的含量,不能为追求强度而大幅度提高C 含量,避免出现过高的碳当量。
锰元素
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抗拉强度是用来表征材料在发生大均匀塑性变形时所能承受的力,当材料所承受的力未达到大拉应力之前,发生的是均匀一致的变形,当所承受的力大于大拉应力之后,金属便会出现缩颈现象,也就是产生集中变形;它一方面反映了材料的断裂抗力,另一方面表示在静拉伸条件作用下材料的大承载能力,材料能够承受的大载荷就是抗拉强度Rm所对应的外载荷。我国规定hRB400E盘螺钢筋的抗拉强度Rm≥540MPa,hRB500E盘螺钢筋的抗拉强度Rm≥630MPa。
延伸率不足
延伸率包括总延伸率和均匀延伸率,总延伸率是指拉伸试样在拉断之前的延伸率,均匀延伸率是指产生不均匀变形之前的延伸率。通常材料的塑性变形程度与延伸率有直接的关系,延伸率越大则材料的塑性变形程度也越大,材料就具有较好的加工和成型性。一般材料的成型都在其均匀变形范围内进行的,因此材料成型的极限变形程度直接受均匀延伸率的影响。我国规定HRB00E和HRB500E盘螺钢的均匀延伸率Agt≥9%。
强屈比不足
强屈比是用来衡量盘螺钢抗震性能的重要指标,通常用钢筋的抗拉强度实测值(Rm实)与屈服强度实测值(Rel实的比值(即Rm实el实)来表示,它反映了钢筋的强度储备。常用于确保纵向钢筋具有一定的延性,当构件局部出现塑性铰后,塑性铰处便会有充足的转动能力和耗能能力我国规定HRB400E和HRB500E盘螺钢的强屈比Rm实/Rel实≥1.25。但当结构构件有延性要求时,钢筋的强屈比也并非越大越好,否则将会导致预期屈服构件因承载力过高而无法实现其预期的延性屈服机制。
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