弹簧钢丝的强化原理

材料抗拉强度和延展性是弹簧钢丝两个重要的因素。在这篇文章中，力钧将回顾弹簧制造材料中常见的强化机制。

具有特定成分的材料在给定的操作中进行处理。材料和加工的结合，产生特定的结构（冶金微观结构）。微观结构反过来导致特定材料的适当结合。工程师对特定的材料性质感兴趣反过来又取决于结构，这是具有特定成分的材料的设计加工的过程。

背景信息

金属是结晶材料。它们含有许多不同取向的晶体。单个晶体被称为晶粒。晶体包含各种类型的缺陷或瑕疵，范围从诸如空位的点缺陷、位错的线缺陷、晶界的平面缺陷和沉淀物的空间缺陷。当材料变形。任何导致位错运动阻力的缺陷都是增加材料强度的原因。

强化原理

以下是将在本文中讨论的加强机制列表。

•固溶体强化

•通过减小晶粒度进行强化

•通过应变硬化强化（冷加工-拉丝-轧制）

•由于相变而增强-热处理成形马氏体、回火马氏体和贝氏体

•沉淀硬化强化

固溶体强化

我将固溶体强化称为通过化学增强的强度。当合金元素被添加到基底金属中时，由于合金元素原子尺寸的差异，材料会发生应变。原子可以进入取代或间隙固溶体。产生的应变，由于成分的变化而提供了对位错运动的抵抗力和强度的增加。对于弹簧制造材料，线材和金属丝需要经过额外的工艺，才能得到最终钢丝的性质如下所述。

通过减小晶粒度进行强化

晶粒（晶体）的大小会对材料的抗变形性产生影响。对于较小的颗粒是更多的晶界。晶界的增加是位错运动阻力增加的原因，从而导致强度的增加。晶粒度的减小可以通过冷加工和热处理来实现。

应变硬化强化

应变硬化是指在拉丝或轧制过程中发生的冷加工。在这个变形过程中会产生错位。强度的增加属于图3是一个很好的例子，它显示了通过应变硬化和304不锈钢因晶粒尺寸减小而增强。每条曲线代表了退火条件。首先，我们观察到，每种材料的抗拉强度都随着冷压的增加而增加。在每一个还原步骤中都会产生位错，这是随着还原度的增加强度增加的原因。每个直径的曲线在形态上是相同的。棒的晶粒尺寸通常不是完全均匀的。此外，起始材料可能具有较大的起始晶粒尺寸。退火条件（时间-温度）会影响晶粒尺寸。观察到的0.125英寸和0.030英寸退火钢丝的抗拉强度增加分别表明每种材料的晶粒尺寸较小。较小的晶粒为位错运动提供了更多的障碍，从而导致更高的拉伸强度。

因相变而增强

在钢中，热处理工艺旨在形成更硬或更高强度的微观组织，如贝氏体和回火马氏体。图4显示了共析钢中珠光体和贝氏体的拉伸试验特性。等温转变温度如图4所示。介绍了生产碳钢和合金回火马氏体产品的油回火工艺。图5显示了琴钢丝和油回火的材料设计示意图。