合金元素如何影响弹簧钢的脱碳?

弹簧钢是制造各种弹簧和其他弹性元件的特殊合金钢。根据性能要求和使用条件可分为普通合金弹簧钢和特殊合金弹簧钢。弹簧钢具有优异的综合性能，优良的冶金质量(纯度和均匀性高)，良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)，准确的形状和尺寸。直径大于20mm的钢筋制成的盘簧，广泛应用于轨道车辆、工业机械和工程机械。

螺旋弹簧的反复压缩和拉伸使杆受到弯曲和恢复应力。螺旋弹簧杆的最大应力出现在杆的表面，因此螺旋弹簧杆的表面状态对弹簧的疲劳强度有很大的影响。疲劳试验后螺旋弹簧断裂的形貌表明，螺旋弹簧断裂的起点在弹簧内径侧的表面。

制作螺旋弹簧时，将大直径的钢棒加工成螺旋弹簧，然后直接淬火，使弹簧具有所需的强度。由于螺旋弹簧是在脱碳状态下使用的，表面经过残余热处理，脱碳降低了弹簧的表面硬度，从而导致疲劳强度下降。对螺旋弹簧来说，淬火和脱碳是一个非常重要的问题。如何控制脱碳?目前，最有效的措施是添加合金元素。一般来说，添加Sb和Sn是为了抑制淬火和脱碳。

两根化学成分相同的弹簧钢棒，一根添加Sb和Sn，另一根不添加Sb和Sn。无sbsn钢的表面碳浓度和脱碳深度分别为0.2%和0.3mm，而添加sbsn钢的表面碳浓度和脱碳深度分别为0.45%和0.1mm。由于SbSn的加入降低了C的扩散系数，抑制了脱碳，证实了Sb和Sn对脱碳的抑制作用。　

含Sb和Sn的喷丸强化钢的残余应力增加。为了改善螺旋弹簧的疲劳特性，需要对螺旋弹簧进行喷丸处理。但脱碳层的屈服强度明显降低，导致喷丸处理时弹簧的残余应力明显降低。Sb-sn添加剂钢从表面到深度0.2mm，最大主应力方向残余压应力为-600mpa ~ -800mpa，无sbsn钢为-300mpa ~ -400Mpa。sb-sn钢的残余压应力比弹簧钢高300MPa左右。Sb-Sn的加入抑制了脱碳。　　　

值得注意的是，合金元素对弹簧钢的淬炼性等主要特性有很大的影响，所以弹簧钢中这些元素的含量不易改变。添加微量元素可以抑制弹簧钢的其他性能，也可以利用微量元素控制其他各种钢的性能，开发高性能钢，满足用户的需求。