CN111690884A - 平板弹簧、特别是盘形弹簧或波纹弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平板弹簧(1)，特别是盘形弹簧(1a)或波纹弹簧(1b)，其具有由低合金钢构成的弹簧体(2)，所述低合金钢具有大于0.35重量％的且最高为0.75重量％的碳含量。根据本发明，钢包含0.3重量％至0.9重量％的锰(Mn)作为合金元素。根据本发明，钢还包含重量份额为0.3重量％至1.5重量％的铬(Cr)作为合金元素。根据本发明，钢还包含0.1重量％至0.6重量％的钼(Mo)作为合金元素。根据本发明，钢还包含大于0.4重量％和至多8重量％的镍(Ni)作为合金元素。以这种方式构成的平板弹簧相对于传统的平板板簧具有改进的强度，并且相对于由常规弹簧钢构成的弹簧没有韧性损失。

Description

平板弹簧、特别是盘形弹簧或波纹弹簧
技术领域
本发明涉及一种平板弹簧、特别是盘形弹簧或波纹弹簧。
背景技术
平板弹簧通常由标准材料，即所谓的扁材制成。为了使弹簧成型，即所谓的压花，所使用的材料需要具有足够的可变形性。在进行成型工艺之后，对弹簧进行回火以产生期望的弹簧弹性性能。
DIN标准DIN EN 10132-4提供了Si到CrV族的主要为亚共析钢、碳素钢和低合金钢的选择，作为适用于平板弹簧的材料。为了提高平板弹簧的性能，特别是关于承载能力、抗松弛性和动态使用寿命的方面，能够对弹簧进行回火以使其具有更高强度、热预处理并—例如通过喷丸处理、平滑处理或深轧—使其具有特殊的表面特性。
但是，由于例如更高的强度虽然导致更高的负载能力，但是由于与传统工厂工艺相关的脆化也导致了使用寿命的缩短，所以上述措施不能任意组合。
发明内容
本发明的目的是示出开发平板弹簧的新方法。特别地，目的是制造一种具有改进强度而又不限制韧性的平板弹簧。
所述目的通过根据独立权利要求1的平板弹簧来实现。优选的实施方式是从属权利要求的主题。
因此，本发明的基本思想是使用具有合金元素锰(Mn)、铬(Cr)、钒(V)、钼(Mo)和镍(Ni)的低合金钢作为平板弹簧的材料，其中分别以确定的重量份额包含所述合金元素。
实验研究表明，在如此构成的平板弹簧中能够显著地改进其基本的弹簧特性，例如疲劳强度、使用寿命、抗松弛性和承载能力。特别地，通过根据本发明的材料组合物可以在技术上实现强度高达2100MPa的平板弹簧。
根据本发明的平板弹簧，特别是盘形弹簧或波纹弹簧，包括由低合金钢构成的弹簧体，所述低合金钢具有大于0.35重量％且最高0.75重量％的碳含量。根据本发明，钢包含0.3重量％至0.9重量％的锰作为合金元素。根据本发明，钢还包含重量份额在0.3重量％至1.5重量％的铬作为合金元素。此外，根据本发明，钢还包含0.1重量％至0.6重量％的钼作为合金元素。此外，钢还包含大于0.4重量％和至多8重量％的镍作为合金元素。
在根据本发明的平板弹簧中，能够通过喷丸处理、平滑处理或深扎引入适合的压缩残余应力，从而正面地影响其弹簧性能。
在一个优选的实施方式中，钢的不由合金元素形成的重量份额通过铁(Fe)形成。关于其对钢的总重量的贡献，合金元素通过铁来补充以形成钢。除了铁和合金元素之外，钢也能够包含少量的杂质，然而所述杂质优选为占钢总重量的至多0.1重量％。
根据一个优选的实施方式，钢中的所有合金元素的重量份额最高为5重量％、优选最高为3.7重量％。
根据另一优选的实施方式，平板弹簧包含以下组成部分中的至少一种作为合金元素：-钒(V)、钛(Ti)、钨(W)、铌(Nb)。
在一个优选的实施方式中，钢包含合金元素钒(V)、钛(Ti)、钨(W)和铌(Nb)中的至少一种。在该实施方式中，合金元素(V、Ti、W、Nb)和也强制性存在于钢中的铬(Cr)的重量份额(以重量％表示)的(第一)合格总和(S1)通过由铬(Cr)的重量份额和其他四种所述合金元素(V、Ti、W、Nb)的三倍的重量份额的总和所形成，只要这些合金元素存在于所述钢中。如果在该实施方式中所提出的四种合金元素钒(V)、钛(Ti)、钨(W)和铌(Nb)中的一种、两种或三种不包含在钢中，那么在计算(第一)合格总和(S1)时不考虑这些合金元素，即其重量份额假设为0重量％。在该实施方式中，(第一)合格总和(S1)为0.3重量％至1.5重量％、优选为0.4重量％至0.7重量％。
根据另一优选的实施方式，钢包含0.1重量％至0.3重量％的钼(Mo)作为合金元素。借助于钼能够在钢中实现改进的淬透性。此外，能够实现特别良好的低温韧性。但是由于在较高含量钼的情况下形成特殊碳化物的倾向，因此该合金元素应限制为上述0.1重量％至0.6重量％的范围、优选为0.1重量％至0.3重量％。
浓度直至8重量％的合金元素镍显著改进高强度钢的韧性。为了能够对韧性提高做出显著贡献，根据一个优选的实施方式，建议镍含量大于0.4重量％。镍含量优选范围为0.4重量％至2重量％，特别优选的范围为0.5重量％至1重量％。
合金元素硅会导致钢在回火过程中对边缘脱碳产生不希望的高灵敏度，因此必须加以限制。因此，根据本发明的另一优选实施方式，平板弹簧的钢包含至多0.3重量％的硅作为合金元素。
根据一个有利的改进，在所实现的韧性和所实现的(永久)强度方面，如果奥氏体的剩余重量份额处于2％至10％、特别是在2％至5％，则证实为特别有利。根据另一优选的实施方式，合金元素硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)和钼(Mb)的重量份额的(第二)合格总和(S2)如下计算：
S2＝Si+Mn+Cr+Ni+W+(V+Ti+Nb-Mo)*3)。
在该实施方式中，(第二)合格总和(S2)为小于3重量％、优选为小于2重量％。
出于成本原因，在根据本发明的平板弹簧中不提供向钢中添加较大量钴的方法，但是这是可行的并且在技术上是有利的。在最大钴含量为0.1重量％的情况下，能够实现期望的有利的弹簧性能，同时在平板弹簧的制造中实现了不小的成本优势。
根据一个有利的改进，低合金钢被回火，优选贝氏体回火。
特别优选地，平板弹簧的钢被回火至大于1700MPa的强度，这在常规的弹簧钢中由于韧性的损失而导致断裂的可能性高和疲劳强度低、使用寿命低并且抗松弛性差。
根据另一有利的改进，钢的碳含量大于0.55重量％。包含在钢中的碳直接影响钢的淬透性——特别是其回火性和其固溶强化——并且因此应以大于0.55重量％的重量份额包含在此处介绍的平板弹簧的低合金钢中。但是鉴于对此处介绍的平板弹簧不期望的特殊碳化物析出，该实施方式中的碳含量不应超过0.75重量％。
本发明的其他重要特征和优点由从属权利要求，附图以及基于附图的相应附图说明得出。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面还要阐述的特征不仅能够以分别所提出的组合使用，而且也能够以不同的组合使用或单独地使用。
附图说明
在附图中示出了本发明的优选实施例，并且在以下描述中对其进行了更详细的说明。
唯一的图1粗略地在截面图中示出了根据本发明的平板弹簧1的示例，所述平板弹簧实现为盘式弹簧。对于平板弹簧1也能够考虑其他的实施方式，即例如附图中未示出的波纹弹簧。
具体实施方式
实施为盘式弹簧的平板弹簧1包括由低合金钢构成的弹簧体2，所述低合金钢具有大于0.35重量％且最高为0.75重量％的碳含量。所有合金元素的重量份额最高为5重量％，在特别优选的变体中最高为3.7重量％。
在图1的示例情景中，钢包含0.3重量％至0.9重量％的锰(Mn)作为合金元素。在图1的示例中，钢还包含铬(Cr)作为合金元素。在此，包含0.3重量％至1.5重量％的重量份额的铬(Cr)。该钢还包含0.1重量％至0.6重量％的钼(Mo)作为合金元素。此外，钢包含大于0.1重量％且直至8重量％的镍(Ni)作为合金元素。钢的不由合金元素形成的重量份额通过铁(Fe)形成。除铁和合金元素外，钢还可以包含少量杂质，但所述杂质最多占钢总重量的0.1重量％。
低合金钢的所有合金元素的重量份额有利地最高为5重量％、优选为最高3.7重量％。优选地，钢的碳含量大于0.55重量％且最高为0.75重量％。
此外，钢能够包含合金元素钒(V)、钛(Ti)、钨(W)和铌(Nb)中的至少一种。在该变体中，所述合金元素(V、Ti、W、Nb)和还强制性存在于钢中的铬(Cr)的重量份额(以重量％计)的(第一)合格总和(S1)通过铬(Cr)的重量份额和其他四种所述合金元素(V、Ti、W、Nb)的三倍的重量份额的总和所形成，只要这些合金元素存在于钢中。如果在该变体中所述的四种合金元素钒(V)、钛(Ti)、钨(W)和铌(Nb)中的一种、两种或三种不包含在钢中，则其在计算(第一)合格总和(S1)时不被考虑，即其重量份额假设为0重量％。在该变体中，的计算时(S1)被忽略，即假定其重量份额为0重量％。在该变体中，(第一)合格的总和(S1)为0.3重量％至1.5重量％，优选地为0.4重量％至0.7重量％。
特别优选地，钢包含0.1重量％至0.6重量％的钼(Mo)和/或0.5重量％至1重量％的镍(Ni)作为合金元素。
可选地，钢包含最高0.3重量％的硅(Si)作为合金元素。
优选地，合金元素硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)和钼(Mb)的重量份额的(第二)合格总和(S2)如下计算：S2＝Si+Mn+Cr+Ni+W+(V+Ti+Nb-Mo)*3)。在该变体中，(第二)合格总和(S2)小于3重量％，优选为小于2重量％。有利地，弹簧体的剩余的或缺少的重量份额通过铁(Fe)和制造产生的杂质所形成。
可选地，钢能够包含钴作为合金元素，但是重量份额最多约为0.1重量％。钢必须经过适当的回火，并且优选地不包含珠光体。低合金钢特别优选被贝氏体回火。钢的强度优选大于1700MPa。有利地，该表面至少部分地、优选为完全地具有小于0.8μm的表面粗糙度Ra。该表面粗糙度Ra能够优选地通过抛光平板弹簧的相关表面来实现。
在这里介绍的平板弹簧中，能够通过借助于喷丸处理、平滑处理或深轧来引入适当的压缩残余应力来进一步改善其弹簧性能。

Claims (13)

1.一种平板弹簧(1)，特别是盘形弹簧(1a)或波纹弹簧(1b)，其具有由低合金钢构成的弹簧体(2)，
所述低合金钢具有大于0.35重量％的且最高为0.75重量％的碳含量，
-其中所述钢包含0.3重量％至0.9重量％的锰(Mn)作为合金元素，
-其中所述钢还包含重量份额在0.3重量％至1.5重量％、优选0.4重量％至0.7重量％的铬(Cr)作为合金元素，
-其中所述钢还包含0.1重量％至0.6重量％的钼(Mo)作为合金元素，
-其中所述钢还包含大于0.1重量％和至多8重量％的镍(Ni)作为合金元素。
2.根据权利要求1所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢的不由所述合金元素形成的重量份额通过铁(Fe)、碳(C)和熔化所产生的杂质形成。
3.根据权利要求1或2所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢的所有合金元素的重量份额最高为5重量％、优选最高为3.7重量％。
4.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述平板弹簧包含以下组成部分中的至少一种作为合金元素：
-钒(V)；
-钛(Ti)；
-钨(W)；
-铌(Nb)。
5.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
-所述钢包含合金元素钒(V)、钛(Ti)、钨(W)和铌(Nb)中的至少一种，
-其中所述合金元素(V、Ti、W、Nb)和也存在于所述钢中的铬(Cr)的重量份额(以重量％表示)的(第一)合格总和(S1)通过由铬(Cr)的重量份额和其他四种所述合金元素(V、Ti、W、Nb)的三倍的重量份额的总和形成，只要这些合金元素存在于所述钢中，
-其中所述(第一)合格总和(S1)为0.3重量％至1.5重量％，优选为0.4重量％至0.7重量％。
6.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢包含0.1重量％至0.3重量％的钼(Mo)作为合金元素。
7.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢包含0.4重量％至2重量％、优选为0.5重量％至1重量％的镍(Ni)作为合金元素。
8.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢包含最高0.3重量％的硅(Si)作为合金元素。
9.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢分别具有重量份额(x)为0<x<0.2重量％、优选为0<x<0.1重量％的：
-钒(V)；和/或
-钛(Ti)；和/或
-钨(W)；和/或
-铌(Nb)。
10.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
-合金元素硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)和钼(Mb)的重量份额(重量％)的(第二)合格总和(S2)如下计算：
S2＝Si+Mn+Cr+Ni+W+(V+Ti+Nb-Mo)*3)；并且
-所述(第二)合格总和(S2)小于3重量％，优选为小于2重量％。
11.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述低合金钢要进行回火，优选贝氏体回火。
12.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢被回火到高于1700MPa的强度。
13.根据上述权利要求之一所述的平板弹簧，
其特征在于，
所述钢的碳含量大于0.55重量％。
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