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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。按照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工藝比較簡單,在成形后一般不需要進行專門的熱處理。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。一般情況下,不用來制作復雜形狀的彈性元件,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,可以制作復雜形狀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形狀與尺寸。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力基本上得到_消除,元件的彈性滯后非常小。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。
2. 非金屬彈性材料
當彈性元件需要非常小的剛度時,可采用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)具有特別高的彈性模量,非常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
根據(jù)彈性元件的特性要求,橡膠材料應有較高的彈性和抗彎強度,能耐_的使用溫度,_性能好。同時,還應具備工藝性能穩(wěn)定、流動性好、硫化速度適當?shù)忍攸c。
為了_橡膠材料的強度和氣密性,橡膠內(nèi)可增設夾層。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。夾層材料應具有良好的撓性,薄而強度高,滯后小,_,與橡膠結(jié)合好等特點。
(2)塑料
作為彈性元件應用的主要是氟塑料,它們具有_的強度和彈性,很高的_穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。目前,氟塑料己被用來制造波紋管和膜片等。
(3)石英(熔石英)
石英的熔點為1713 ℃,熔化的石英冷卻后成為非晶質(zhì)的熔石英。石英的線脹系數(shù)很小,彈性模量非常高,且不隨溫度而變。用石英材料制成的彈性元件其彈性特性具有很高的線性度,石英彈性元件已在超高精度的儀器儀表及測量裝置中得到應用。