1、精選金屬波紋管等彈性元件的材料要求對彈性元件材料的要求1. 彈性材料的基本要求一般狀況下，彈性元件的制造材料應(yīng)滿足下列條件：有良好的塑性，便于波紋管類彈性元件的加工成形，且能通過隨后的處理工藝（冷作硬化、熱處理等），獲得足夠的彈性和強度高的彈性極限、抗拉強度和疲憊強度，保證彈性元件的正常工作有好的焊接性能，滿足波紋管類組件制造過程中的焊接工藝要求材料的彈性性能穩(wěn)定，受時間和溫度的影響小，低的滯后、應(yīng)力弛豫與蠕變較好的耐腐蝕穩(wěn)定性2. 彈性材料的選用原則彈性元件的使用范圍很廣，工作條件和特性要求不一。因此，對材料提出了各種各樣的要求。對于一些性能要求不太高的彈性元件，材料的選擇就比較簡便。如作為

2、補償用的波紋節(jié)（波紋膨脹節(jié)），要求在較高的溫度和壓力下工作，對彈性特性的要求不高。這類彈性元件可選用不銹鋼材料制造。儀器儀表中的彈性元件有的要求導(dǎo)磁，而大多數(shù)要求用非磁性材料制成。在很多場合，要求材料具有高的（或低的）導(dǎo)電性。有些彈性元件要求在高溫、高壓條件下工作，這時材料必需具備耐熱性和抗蠕變性能；當彈性元件與腐蝕性介質(zhì)相接觸，它應(yīng)當有足夠的耐腐蝕穩(wěn)定性。對于彈性元件的材料來說，要滿足各種各樣的，有時往往是相互沖突的全部綜合性能要求是相當困難的。選擇彈性材料時，應(yīng)著重考慮滿足元件的主要性能要求，然后再兼顧其他。譬如，某些儀器儀表中使用的彈性元件，對耐熱性和導(dǎo)電性都提出了要求。但兩者兼?zhèn)涞囊?/p>

3、是相互沖突的。元件的耐熱性可以接受高合金化材料解決，而這會降低它的導(dǎo)電性；純金屬或低合金材料具有高的導(dǎo)電率，但是耐熱性很低。在很多狀況下，高的耐熱性要求更為重要，由于提高電導(dǎo)率還可以通過其他途徑實現(xiàn)。所以在這種狀況下應(yīng)當選用高合金化的耐熱材料，雖然它的電導(dǎo)率不夠高。3. 許用應(yīng)力和平安系數(shù)要能保證彈性元件長期正常地工作，在設(shè)計時，必需使彈性元件上的工作應(yīng)力滿足肯定條件。彈性元件使用的工作條件不盡相同，因此極限應(yīng)力可以有不同的取法一般狀況下，彈性元件均在彈性范圍內(nèi)工作，因而極限應(yīng)力可認為是材料的彈性極限；在交變載荷作用下的彈性元件，極限應(yīng)力應(yīng)選取材料的疲憊強度；高溫條件下工作的彈性元件，極限應(yīng)力

4、可選取材料的蠕變極限；在簡潔失穩(wěn)狀態(tài)下使用的彈性元件，極限應(yīng)力應(yīng)認為是剛產(chǎn)生失穩(wěn)時的臨界應(yīng)力。平安系數(shù)的大小由如下因素打算：彈性元件的使用場合及必需具備的牢靠性，元件的工作條件和耐久性；材料力學性能參數(shù)測試的精確性等。平安系數(shù)值又打算于極限應(yīng)力的選取類型（拉伸強度、彈性極限、屈服強度、疲憊強度或蠕變極限等）。大多數(shù)彈性元件是在彈性范圍內(nèi)工作，極限應(yīng)力取作材料的彈性極限，這時安金系數(shù)可取得接近于1；但多數(shù)材料的彈性極限不易查到，通常只能接受屈服強度來計算，這時平安系數(shù)應(yīng)取得大些。假如某種材料只知道拉伸強度如按拉伸強度計算的平安系數(shù)，應(yīng)當選取得更大一些。具體選多大，要依據(jù)它們之間的關(guān)系確定。有些狀

5、況下，彈性元件沒有所需要的計算方法（如壓力計用彈性元件的疲憊壽命和耐久性、波紋管及膜片膜盒的穩(wěn)定性等），另外材料的某些力學性能（如彈性極限、疲憊強度、蠕變極限等）均不知道。這時，彈性元件不能正常工作的極限應(yīng)力，要用試驗方法確定。彈性元件常用材料1. 金屬彈性材料彈性元件的制造材料要求具有良好的塑性，并通過隨后的處理得到高的彈性和強度。依據(jù)獲得彈性途徑的不同，彈性材料可分為如下三類：（1）冷作硬化型材料這類材料在退火狀態(tài)具有高的塑性，在制作彈性元件時經(jīng)過塑性變形，導(dǎo)致材料的加工硬化，從而顯著提高了自身的彈性。黃銅、錫青銅、不銹鋼如（1Cr18Ni9Ti）等都屬于這類材料。用這些材料制造彈性元件的

6、工藝比較簡潔，在成形后一般不需要進行特地的熱處理。但這類材料的彈性不高，而且元件制造過程中存在較大的殘余應(yīng)力，造成其彈性特性隨時間和溫度而變化的不穩(wěn)定性。（2）淬火硬化型材料這類材料在退火狀態(tài)時塑性較高，通過淬火與隨后回火的方法得到所需要的彈性。各種彈簧鋼均屬于此類材料。它們具有很高的彈性和強度，但經(jīng)熱處理強化后材料的塑性很低。一般狀況下，不用來制作簡單外形的彈性元件，而常用于制造各種螺旋彈簧和片簧等。（3）彌散硬化型材料這類材料在淬火狀態(tài)下塑性很好，時效熱處理（回火）可以顯著提高它們的彈性。屬于彌散硬化型的材料有被青銅和各種精密彈性合金。淬火狀態(tài)的彌散硬化型材料具有高的塑性，可以制作簡單外形

7、的波紋管及其它彈性元件。在元件加工成形過程中沒有明顯的彈性回跳，可以得到符合要求的元件外形與尺寸。經(jīng)時效熱處理后，彈性元件能獲得高的強度和彈性，它們的強度性能優(yōu)于淬火硬化型材料。此外，在彈性元件時效強化過程中殘余應(yīng)力基本上得到完全消退，元件的彈性滯后格外小。因此，彌散硬化型材料具有良好的工藝性和使用性能。金屬彈性材料的種類很多，下面主要介紹彈簧鋼、銅合金、不銹耐酸鋼和精密彈性合金四類常用的彈性材料。彈簧鋼這類材料主要用于制造各種螺旋彈簧、板彈簧和片簧等，它們在冷加工后要經(jīng)過淬火和回火處理，才能得到較高的彈性。其主要品種有碳素鋼65 和75、錳鋼（65Mn)、硅錳鋼（60Si2Mn和60Si2M

8、nA）、鉻釩鋼（50CrVA）等。碳素鋼65和75在退火狀態(tài)有良好的韌性和塑性，經(jīng)熱處理后可得到較高的彈性和強度，用來制造螺旋彈簧與片簧。一般常接受鉛浴淬火和隨后猛烈冷拔的高碳彈簧鋼絲制做小尺寸的螺旋彈簧。但其缺點是屈強比比較低，經(jīng)不起較大的過負載，而且淬透性較差。碳素彈簧鋼只適用于制造尺寸較小的、不太重要的小型彈簧。錳鋼的強度與碳素鋼差不多，但淬透性較高，抗疲憊性能較好，適宜于制造較大尺寸的彈簧。硅錳鋼的應(yīng)用較為廣泛，它們具有高的淬透性和強度，脫碳傾向小，適宜于制造工作條件比較惡劣的各種彈簧，還可以用干工作溫度低于250的耐熱彈簧。鉻釩鋼強度較好，高的屈強比，淬透性較高，塑性和韌性良好，并具

9、有肯定的耐熱性，主要用于制造高壓壓力表中的彈簧管，以及承受較高應(yīng)力或交變載荷條件下工作的各種彈簧。使用溫度可以達到400 。銅合金這類材料在彈性元件制造材料中占有很大比重。其中黃銅、錫青銅是用于制造一般波紋管、片簧和膜片膜盒的常用材料，它們的塑性很好，在制造元件過程中可經(jīng)受深度拉伸，并且焊接性能較好，但成形的元件具有較大的殘余應(yīng)力。被青銅是性能抱負的彈性材料，它具有高的強度、彈性、疲憊極限和蠕變抗力。鎳銅合金具有良好的耐腐蝕性能適用干制造耐蝕耐熱的彈性元件。1)黃銅屬于冷作硬化型材料，退火狀態(tài)具有高的塑性，易于加工制造波紋管、波紋膜片等外形簡單的彈性元件。材料經(jīng)冷加工后可獲得肯定的彈性。但這種

10、材料強度和彈性較低，并且彈性遲滯嚴峻。2)錫青銅錫青銅的強度較高，有肯定的耐蝕性，經(jīng)冷加工后可獲得較高的彈性。錫青銅是制造波紋管和膜片膜盒的一種常用材料。錫青銅QSn6.5-0.1和QSn6.5-0.4的性能相近，后者比前者的強度略高。3)鈹青銅屬彌散硬化型合金，具有良好的工藝和使用性能。導(dǎo)電性能、耐腐蝕性能均較好，又有肯定的耐熱性，綜合性能很好。但因鈹青銅價格昂貴，一般用作制造精密彈性元件。4)鎳銅合金鎳銅合金NCu28-2.5-1.5（蒙乃爾合金）具有優(yōu)良的抗蝕性和耐熱性，可在各種腐蝕介質(zhì)及溫度達切400 的條件下工作，適干制造耐蝕耐熱的彈性元件。不銹鋼不銹鋼包括不銹耐酸鋼和耐熱鋼等類，其

11、中有些不銹鋼品種兼有耐酸和耐熱性能，可以在腐蝕性介質(zhì)及高溫條件下工作，多用于制造耐蝕、耐熱的波紋管類組件。在不銹鋼材料中，1Cr18Ni9Ti應(yīng)用最廣，常用來制造波紋管、膜片膜盒和波紋換熱管等。Cr18Ni12Mo2Ti是新型不銹鋼彈性材料，它的耐蝕和耐熱性能要強于不銹鋼1Cr18Ni9Ti。它們都屬于冷作硬化型材料。精密彈性合金精密彈性合金是一種新型彈性材料，它們具有高強度、高彈性，耐腐蝕、耐高溫、耐疲憊等特點，因此在精密測量的儀器儀表中得到廣泛的應(yīng)用。精密彈性合金包括高彈性合金和恒彈性合金兩類。高彈性合金主要有鈷基合金和鐵基合金，恒彈性合金是鎳基合金。它們都屬彌散硬化型材料。1）鈷基彈性合

12、金它們具有高彈性、低滯后、耐腐蝕、無磁等特點，適用于制造高負荷下上作的彈性元件，使用溫度可達400。鈷基合金主要有3J213J24。這些合金在淬火后必需經(jīng)受大的冷加工變形（變形量70% ），隨后進行時效處理，才會使材料消滅彌散硬化，獲得高彈性和高強度。假如合金的冷加工變形量不夠，時效產(chǎn)生的彌散硬化作用就不顯著。2）鐵基彈性合金它們具有擾磁、耐腐蝕、高彈性、高強度等特點，可用來制造高線性特性和較小滯后的彈性元件。鐵基合金主要有3J1、Ni36CrTiAlMo5和Ni36CrTiAlMo8等。合金在淬火狀態(tài)下有較高的塑性，加工性能良好，能夠制造各種簡單外形的彈性元件，如波紋管、膜片膜盒、壓力彈簧管

13、等，通過隨后的時效處理即可得到高彈性。3）恒彈性合金這類合金具有高的強度和彈性，并且彈性模量溫度系數(shù)格外小恒彈性合金主要有3J53 、3J58 等。恒彈性合金的彈性特性格外穩(wěn)定，廣泛用于制造精密級的彈性元件，如諧振彈性元件、精密波紋管、標準壓力表用彈簧管、航空儀表中的膜片膜盒等。2. 非金屬彈性材料當彈性元件需要格外小的剛度時，可接受彈性模量很小的非金屬材料，如橡膠、塑料、滌綸等。石英材料（即熔石英）具有特殊高的彈性模量，格外小的彈性模量溫度系數(shù)和滯后，是制造精密彈性元件的一種很有前途的材料。（1）橡膠依據(jù)彈性元件的特性要求，橡膠材料應(yīng)有較高的彈性和抗彎強度，能耐肯定的使用溫度，抗老化性能好。同時，還應(yīng)具備工藝性能穩(wěn)定、流淌性好、硫化速度適當?shù)忍攸c。為了保證橡膠材料的強度和氣密性，橡膠內(nèi)可增設(shè)夾層。夾層材料的種類很多，薄而致密的織品一般都可使用，常用夾層為9 號卡普龍。夾層材料應(yīng)具有良好的撓性，薄而強度高