【儀器網(wǎng) 材料化工】彈簧時常見的機械零件，雖然經(jīng)常被人忽視，但卻是機動器械的關鍵元件之一，起著減震、儲能、支撐、減緩等作用。小至手表，大至火箭都離不開彈簧及彈簧零件。彈簧在使用時經(jīng)常受到拉、壓、扭轉(zhuǎn)、沖擊等力的作用，如果制作彈簧的材料沒有足夠好的的疲勞強度、抗拉強度以及塑性和韌性等性能，很容易出現(xiàn)突然失效斷裂等情況，造成機械故障。
專門用于制作彈簧和彈性元件的鋼被稱作彈簧鋼，在淬火和回火狀態(tài)下具有特殊的彈性。彈簧鋼的生產(chǎn)技術(shù)水平和性能決定了彈簧的性能，因此在汽車、機械等工業(yè)行業(yè)中具有重要的作用。
近日，揚州大學機械工程學院的研究團隊從我國目前生產(chǎn)的碟簧和氣門彈簧存在的強度低、疲勞性能不足等問題出發(fā)，運用新型多步低溫等溫淬火工藝研發(fā)出一種綜合性能優(yōu)異的彈簧鋼。利用這種彈簧鋼制作的新型碟簧產(chǎn)品不僅在硬度、強度以及疲勞壽命等性能上實現(xiàn)了極大突破，讓國產(chǎn)彈簧的性能追趕上了水平，還減少了加熱過程中的污染，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。
在彈簧鋼的開發(fā)過程中，材料的疲勞性能是重要的關鍵指標。在實際使用過程中，引起彈簧失效的原因有疲勞、腐蝕和彈性減退等，而疲勞是彈簧破壞的主要原因。疲勞是指金屬機件在交變應力條件下經(jīng)過較長時間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，這種斷裂可能會造成嚴重的后果。因此提高疲勞性能是彈簧鋼開發(fā)的主要方向之一。而疲勞性能的檢測就需要疲勞試驗。
彈簧鋼的疲勞試驗一般可分為三個部分：常規(guī)力學性能試驗、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗以及裂紋擴展速率試驗。
常規(guī)力學性能試驗包括利用
材料試驗機進行拉伸試驗，測定實驗樣品的拉伸性能；利用擺錘式?jīng)_擊實驗機進行沖擊實驗，測定斷裂沖擊吸收功；利用洛氏
硬度計測量沖擊試樣洛氏硬度等。旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗主要利用型旋轉(zhuǎn)彎曲
疲勞試驗機衡量實驗鋼的疲勞性能。裂紋擴展速率試驗使用的設備主要為液壓伺服試驗機，先在試樣上預制疲勞裂紋，然后進行 裂紋擴展速率實驗。
疲勞試驗完成后還需要利用掃描電子顯微鏡觀察試樣在不同回火溫度條件下的微觀組織形貌、沖擊斷口和拉伸斷口形貌，確定引起試樣斷裂的原因；觀察不同回火溫度下的疲勞斷裂機制是否相同；測量夾雜物的大小，確定其成分等。通過這些觀得到的反饋進行工藝調(diào)整。
各類試驗機設備在材料開發(fā)中發(fā)揮著無可替代的作用。雖然計算機技術(shù)的發(fā)展以及可以通過理論建模等方式提出可行的方案，但方案的驗證同樣需要利用試驗機進行性能檢測。而隨著材料科學的發(fā)展以及現(xiàn)代工業(yè)對材料不斷提出新的需求，試驗機在不斷擴大應用領域的同時，也面臨著新的技術(shù)要求。
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