山特维克弹簧钢带材料选型普及故事：为何你的弹片总是断

零件断了，弹片有裂纹，弹簧断了……这是我们在配合客户做材料选型时最常听到的问题描述，各种各样的断，成型时断，刚上机就断，未达到预定寿命就断……

山特维克资深材料专家Soren Ollson老先生曾说过：“弹簧是个多样化的应用，山特维克材料对客户而言，一个很重要的价值是以多样化的材料种类以及差异化的性能去匹配客户的需求。”

小克接下来将邀请两位典型应用代表，通过例子带大家近距离了解弹簧弹片类应用所面临的不同困境，以及山特维克钢带如何帮助客户有针对性地解决这些问题。

01 成型性VS强度（成型断）

张先生经营着一个精密冲压公司，主营各类非标准的客户定制冲压弹片。这些弹片大多形状特异且强度要求高。

王先生的公司主营各类弹簧冲压件，如板弹簧、各类异形弹簧，这些弹簧应用场景的一个共通之处是工作时受到恒定的静载荷或者在动载荷下做周期运动。

02 困境 & 方向

张先生：我们的新项目，零件形状很复杂，要进行好几道大折弯，而零件的抗拉强度要求2000MPa以上。现在的主要问题是零件很容易断，折弯成型的时候断。

王先生：我们的零件形状倒不是很复杂，成型没有问题。主要问题：一个是运行时间久了弹力松弛太多，另一个是寿命表现不佳，有些弹簧件正常工况下没有达到预计寿命就断，严重的甚至才工作几个小时就断，而寿命要求是以百小时为计。

小克：两位曾经尝试过什么解决方案吗？

张先生：在零件形状设计不变的情况下，我们尝试过很多的材料种类，硬的材料一折就断；软的材料折弯时没断，但后续处理后各种问题层出，像最终强度不够，变形，腐蚀。

王先生：我们尝试过市面上更硬的材料，如EH的SUS301等等，高强度原材料一定程度上会降低断裂的几率，但还是没有从根本上断绝断裂，而且如果弹簧寿命要求进一步提高的话，我们对解决问题的方向很不清晰。

小克：对张先生的案例，软态成型，通过后续处理提升强度，但不牺牲零件的尺寸精度和耐蚀性能，我们的沉淀硬化不锈钢应该是很合适的选择。

小克：对王先生的案例，需要关注的因素相对多些，解决问题的方向有三点：更高强度的现有材料牌号，与现有材料牌号同等抗拉强度但有更好弹性及疲劳表现的新材料牌号，最后，还需要关注材料供应商的选择对零件性能的影响。

03 成型性VS强度

张先生：山特维克目前有哪些沉淀硬化钢带材料？这类材料时效热处理后强度提升的幅度有多大？

小克：我们有标准的牌号如Sandvik 9RU10，也有一些特殊的牌号如Sandvik 1RK95, Sandvik Nanoflex，还有一些别的牌号正处于开发中。

小克：时效后强度的提升值取决于材料牌号和材料初始状态，在山特维克沉淀硬化钢带家族里，普通的如Sandvik 9RU10有20%左右的强度增幅，特殊的牌号如Sandvik Nanoflex 最高能有将近130%的强度增幅。

张先生：在我们项目中，根据试验，钢带材料抗拉强度需要在1300MPa以下时才能够稳定成型无断裂，这就意味着材料在后续处理中需要有近62%的强度增幅，这么看普通的牌号还是没法满足我们要求，能重点介绍下Sandvik Nanoflex 吗？

小克：这个材料有3个关键词：准晶，纳米，高温。它是一款具有准晶组织（2011年诺贝尔化学奖授予准晶的发现者Daniel Shechtman教授）的商用钢材，以其纳米尺度的沉淀硬化相著称，两方面的特性造就了Sandvik Nanoflex高温下（稳定工况温度450℃）稳定的强度（弹性）表现以及超高的沉淀硬化效应(最大强度提升近130%)

小克：你看上面的图，左边是Sandvik Nanoflex电镜下的组织图，箭头所指就是纳米级别的强化颗粒，右边是电镜下材料显现的准晶花样。

张先生：那材料的折弯性能如何？

小克：我们通常以最小折弯半径来衡量材料的折弯性能，最小折弯半径越小，材料的折弯性能越好。下面左图是Sandvik Nanoflex与我们几个标准弹簧钢牌号的最小折弯半径比较图，可以看出Sandvik Nanoflex在不同方向上折弯性能均优于同比材料。

小克：而且，从右图看出，同级别的强度下Sandvik Nanoflex的韧性比也其他同类别的材料好。如果以延伸率来举例子的话，同样3系列的奥氏体不锈钢及普通的沉淀硬化不锈钢在1900Mpa的抗拉强度下一般延伸率小于1%，而Sandvik Nanoflex能获得高于2%的延伸率。

04 弹性/疲劳断 & 供应商选择

王先生：针对我们的案例，前面您提到我们可以往高强度方向进行选材，同时也提到材料供应商的选择对零件弹性及疲劳表现的影响，能延伸说明一下吗？

小克：弹性维持的评判我们一般用弹性松弛来衡量，而疲劳表现我们一般用疲劳极限来衡量，一般而言，材料的抗拉强度越高，材料的抗松驰性和疲劳极限越高。

小克：需要强调的是，同等抗拉强度下的不同牌号材料，他们的弹性松弛和疲劳极限可以有明显的区别。如我们的牌号Sandvik Springflex，在近一个月的观测时间后，抗弹性松弛优于SUS301近2倍。所以根据应用选择合适的牌号很重要。山特维克针就对不同的应用要求设计了材料选型图，从而能让客户根据应用选择合适的材料牌号。

小克：谈到供应商选择对零件性能的影响，以市场上广为人知的弹簧钢牌号SUS301为例，ASTM及JIS等国际通用标准中只对其静态力学性能如抗拉强度或硬度做了宽泛的规定，实际情况中不同的供应商即使提供同等抗拉强度的SUS301，最终弹片的弹性及疲劳表现还是会有明显的差异，而造成这种性能差异的根源是不同的供应商对材料的纯净度，成分的均匀性，以及材料组织的精细度的控制能力不同。

王先生：对我们来说，很难有相应的进料检验方式去复测这些弹性松弛和疲劳性能。

小克：您其实说到了大部分客户的订货风险及进料检验局限性，因为很少客户有能力及设备检测材料的弹性松弛和疲劳强度，所以为了保证零件的长期性能，必须在选择合适的牌号的同时选择合适的材料供应商，这样才能通过稳定及可预测的材料特性去保证零件的长期性能。

05 设计自由度

张先生：我们开发失败或者拒绝的项目中，有不少是因为客户零件图纸设计中材料选择不当，最终导致零件成型不可行，或者虽然成型可行但强度无法达到要求，我相信王先生的公司也碰到类似的问题，从材料的角度去评估改善方向，山特维克对此有什么建议吗？

小克：这个问题出现的重要原因是零件设计人员没有材料学基础，他们设计零件更多的是从装配等角度去考虑，这就导致了零件设计出来后可能做不出来或者虽然做出来了但弹性表现不佳。我们的建议是：在设计阶段，设计方、制造方、材料商就应该通过紧密合作，了解不同材料的特性然后进行恰当选型，这样能提高零件设计的自由度，同时能保证零件制作的可行性。

王先生：这是一个很好的建议！

小克：我们欢迎来自终端及制造端的沟通要求。山特维克并不是一个单纯的原材料供应商，我们一直致力于为客户提供解决方案，通过原材料对终端产品的附加值升级，引导行业良性发展！