Из какой стали делают пружины?

Реферат «Пружинные стали»

Пружинная сталь, марки которой применимы в изготовлении тугих изделий, характеризующихся восстановлением первоначальной формы, при сильном изгибе и значительном скручивании.

Важнейшие детали в производстве механизмов, которые испытывают переменную, повторяющуюся нагрузку, под действием которой происходит сильная деформация. Как только нагрузка прекращается, эти элементы принимают первоначальную форму. В работе этих деталей есть особенность, которая не допускает остаточной деструкции, она должна быть только упругой. К рессорно-пружинным сталям предъявляются завышенные требования при выработке. Разберемся, из какой стали делают рессоры?

Для чего вырабатывают пружинный сплав?

Для выработки деталей могут использовать как легированную сталь, так и углеродистую, они обладают повышенной упругостью, вязкостью, выносливостью и пластичностью. Благодаря свойствам этих видов стали ограничивается упругая деструкция.

Рессорно-пружинные стали доступные, технологичные, имеющие высокий предел релаксационной стойкости.

Интересно: для получения качественных изделий из углеродистой и легированной стали ее закаливают при температуре 420-520 градусов, при этом получается эффект структуры троостита.

Рессорно-пружинные стали сопротивляются непрочному разрушению, и отличаются повышенной пластичностью. Их применяют для выработки изделий с высокой стойкостью к износу, например:

зажимные цанги;
тормозной прокат;
кромки;
пружины и рессоры;
упорные шайбочки;
торсы подшипников;
фрикционные диски;
шестеренки.

Состав и свойства высокопрочных сталей

Стали с пределом прочности свыше 1500 МПа называются высокопрочными. Такой предел достигается подбором химического состава и наиболее подходящей термической обработкой. Данный уровень прочности может образовываться в среднеуглеродистых легированных сталях (40ХН2МА, 30ХГСН2А) путем использования закалки с низким отпуском (при 200…250оС). Легирование таких сталей W, Mo, V затрудняет разупрочняющие процессы, что снижает порог хладоломкости и повышает сопротивление хрупкому разрушению. Как варить металл, если перед вами высокопрочная сталь? Сварка высокопрочных сталей отличается использованием некоторых дополнительных технологических приемов (сварка каскадом, горкой, секциями, предварительный подогрев, применение мягкой прослойки и других).

Закаленные стали (структура)

Изотермическая закалка среднеуглеродистых легированных сталей придает им немного меньшую прочность, но большую вязкость и пластичность. Поэтому они более надежны в эксплуатации, чем низкоотпущенные и закаленные. Низкоотпущенные и закаленные среднеуглеродистые стали с высоким уровнем прочности обладают повышенной восприимчивостью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению. Из-за этого их рекомендуют использовать для работы, связанной с плавным нагружением.

К высокопрочным сталям можно отнести так называемые рессорные (пружинные) стали. Они содержат 0,5…0,75% С и дополнительно легируются другими элементами. Термообработка легированных рессорных сталей (закалка 850…880оС, отпуск 380…550оС) обеспечивает получение высокой прочности и текучести. Может применяться изотермическая закалка. Сварка рессорной стали выполняется с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварочных работ и дальнейшей термической обработкой.

Мартенситно-стареющие стали (04Х11Н9М2Д2ТЮ, 03Н18К9М5Т) также относятся к высокопрочным сталям. Они превосходят среднеуглеродистые легированные стали по конструкционной прочности и технологичности. Для таких сталей характерны высокое сопротивление хрупкому разрушению, низкий порог хладоломкости и малая чувствительность к надрезам при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали являются безуглеродистыми сплавами железа с никелем и дополнительно легированы молибденом, кобальтом, алюминием, хромом, титаном и другими элементами. Эти стали имеют высокую конструкционную прочность в диапазоне температур от криогенных до 500оС и применяются в изготовлении стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов ракетных двигателей, зубчатых колес, шпинделей и так далее.

Марки стали по ГОСТу 14959–79

Это стали с высоким содержанием углерода, но с малым легированием. Госстандарт 14959 обозначает – легированный сплав следующих марок:

3К-7 – применяется в выработке проволоки холоднотянутым способом, из которой изготавливают пружины, незакаливаемые;
50ХГ – производят рессоры для автомашин и пружины для жд. составов;
50ХГА – назначение в производстве как у предыдущей марки рессорно пружинной стали;
50ХГФА – выпускают особенные пружины и рессорные детали для машин;
50ХСА – пружины специального назначения и небольшие детали для механизмов часов;
50ХФА – изготавливают детали с повышенной нагрузкой, с требованиями высочайшей устойчивости и прочности, которые действуют при больших температурах – до 300 градусов.
51ХФА – для пружинной проволоки;
55С2 — для производства пружинных механизмов и рессор, используемых в тракторостроении, машиностроении, для подвижных составов на ж/д;
55С2А – производят авторессоры, пружины для поездов;
55С2ГФ – для выработки очень прочных пружин специального направления, авторессор;

55ХГР – производят полосовую сталь пружинную, толщина которой варьируется от 3 до 24 мм;
60Г – для выработки круглых и гладких пружин, колечки и прочие выработки пружинного типа, обладающих высокой стойкостью к изнашиванию и упругостью, например, скобы, втулки, тамбурины для тормозящих систем, применяемые в тяжелом машиностроении;

Свойства и применение пружинной стали

Наличие кремния в разных рессорно-пружинных сталях составляет 0,17-2,60% в зависимости от класса. Помимо этого, полезными легирующими добавками считаются хром и марганец при совокупном легировании, поскольку они увеличивают сопротивляемость к низким пластическим деформациям, одновременно увеличивая многие технологические свойства сплава. Добавление ванадиевых, молибденовых и вольфрамовых включений обеспечивает образование стойкой тонкой однородной структуры и карбидной фракции, блокирующей дислокацию. Для улучшения технико-эксплуатационных свойств в состав стали вводят микродозы бора.

Максимальными физико-механическими качествами отличаются пружинные стали марки 70СЗА и 60С2ХА. Их параметры упругости достигают 1100 МПа, а твердость – до 48 HRC по шкале Роквелла. При этих показателях металл чувствителен к концентраторам напряжений (поверхностным дефектам). При их отсутствии параметры выносливости металла на изгиб – выше 550 МПа, а на кручение – 350 МПа. Для снижения этой чувствительности готовые изделия получают наружный паклен обдуванием дробью. В результате такого упрочнения показатели выносливости возрастают в 2 раза.

Нержавеющая проволока из пружинной стали используется для изготовления пружин сжимания, растяжения и кручения, эксплуатирующихся без изоляции в дистилляте, водно-паровой среде, солевых, щелочных и спиртовых растворах, морской воде. Такая проволока оптимально подходит для производства пружин, использующихся в химико-пищевой отрасли, для работы в температурном диапазоне −250 °С…+250 °С.

Конструкционная пружинная сталь 65г получила наибольшее распространение в производстве упругих частей разных механизмов (рессор, пружин и шайб) благодаря дешевизне, повышенной твердости и упругости. Единственным недостатком, ограничивающим ее использование в приборостроении, является невысокая усталостная прочность (менее 200.000 циклов). Сталь этой марки обладает твердостью в незакаленном виде 25 HRC, после закалки она возрастает до 61 HRC.

Легированная пружинная сталь 60с2а характеризуется дешевизной, высокой упругостью, износоустойчивостью, отсутствием отпускной хрупкости. Такой металл не боится деформации от физико-механических контактов и давления. Он не нуждается в защитном покрытии, может эффективно эксплуатироваться при обычной влажности. Максимальная температура его применения – не более 250 ºС. Используется в производстве разнообразных изделий металлопроката.

Сталь пружинная листовая актуальна в производстве морского, пищевого и медицинского оборудования, где рабочая среда требует повышенной коррозиеустойчивости. По прочности такая сталь немного уступает нержавеющей.

Коррозионная стойкость пружинных нержавеющих сталей связана с повышенным уровнем хрома и молибдена. Кроме этого, они сочетают в себе прекрасную сопротивляемость к трещинообразованию под нагрузкой и значительную физико-механическую прочность.

Сварка пружинной стали имеет свои сложности. Как правило, предварительно металл упрочняется термоспособом, а при проведении сварки данное упрочнение разрушается. Решением проблемы может быть сварка соответственным ферритным электродом за счет предварительного нагревания и дальнейшего отпуска для предотвращения трещин в области термовоздействия. При сварке аустенитными электродами на основе нержавейки или никеля риск образования трещин уменьшается за счет повышенной растворенности водорода и хорошей пластичности плавящегося металла.

Официально принята буквенно-цифровая система маркировки пружинной стали. Главные легирующие добавки имеют специальный буквенный код. Числовое обозначение показывает уровень процентного содержания конкретного элемента. Если количество отдельного компонента не превышает 1,5 %, то число после буквенного индекса не указывают. Уровень углерода отображается в начале шифра в сотых долях %.

Сталь 60с2а пружинная

Нержавеющая пружинная сталь – дешевая, с большой упругостью, выносливостью к износу, при этом у нее нет отпускной хрупкости. Этот сплав не деформируется от механических нагрузок. Эффективно эксплуатируется при повышенной влажности, так как имеет нержавеющее покрытие. Ее применяют при температуре не более 250 градусов, используется для производства изделий из металлопроката.

Из нержавеющей стали производят оборудования в морской промышленности, в медицине, и пищевом производстве. Ее применение в этих отраслях обусловлено коррозиеустойчивой сплава.

Интересно: устойчивость связана с большим содержанием молибдена и хрома. Сплав имеет хорошую сопротивляемость к образованию трещин под большой нагрузкой.

Читать еще: Сталь у8а для ножей плюсы и минусы

Марка нержавеющей жаропрочной стали используется при выработке тонколистовой прокатки, цельнотянутых труб и различных инструментов пищевой и химической индустрии.

Что такое пружинная сталь?

Пружинная сталь представляет собой средне- или высокоуглеродистую сталь с малым объемом легирующих элементов (до 2,5 %), но значительным пределом текучести. Это обуславливает свойство изделий из такого металла приобретать первоначальную форму, невзирая на существенный изгиб, излом, кручение и динамическое нагружение. Эта особенность используется в производстве пружинных изделий, металлических шпаг, фортепианных струн и рессорных хомутов.

Закалка пружинной стали с последующим отпуском при 400-500 °С до величины 45 HRC являются обязательными этапами производства. Пружины из неграмотно закалённого материала становятся ломкими и легко крошатся. Термическая обработка пружинных сталей на многих производствах основательно освоена термистами и выполняется в соответствии с регламентированными в стандартах режимами.

Главные требования, которые ставятся к пружинным сталям и сплавам – обеспечение повышенных показателей гибкости, пластичности, выносливости, сопротивляемости хрупкому разрушению, устойчивости к ослаблению напряжений. Достигается это в большей степени благодаря добавлению легирующих элементов. Кремний – основополагающий компонент стальных сплавов данного типа. Расплавляясь в феррите, он содействует образованию стойкой неоднородности углеродных атомов, задерживающих дислокацию. Параллельно с увеличением твердости сплава, кремний существенно уменьшает ее пластичность и обуславливает обезуглероживание, что очень ограничивает использование недорогих, чисто кремнистых сплавов.

Марки рессорно-пружинной стали, применяемые в промышленности

Для чего вырабатывают пружинный сплав?
Марки стали по ГОСТу 14959–79
Сталь 60с2а пружинная
Специфики пружинных сплавов

Для чего вырабатывают пружинный сплав?

Рессорно-пружинные стали доступные, технологичные, имеющие высокий предел релаксационной стойкости.

зажимные цанги;
тормозной прокат;
кромки;
пружины и рессоры;
упорные шайбочки;
торсы подшипников;
фрикционные диски;
шестеренки.

Марки стали по ГОСТу 14959–79

3К-7 – применяется в выработке проволоки холоднотянутым способом, из которой изготавливают пружины, незакаливаемые;
50ХГ – производят рессоры для автомашин и пружины для жд. составов;
50ХГА – назначение в производстве как у предыдущей марки рессорно пружинной стали;
50ХГФА – выпускают особенные пружины и рессорные детали для машин;
50ХСА – пружины специального назначения и небольшие детали для механизмов часов;
50ХФА – изготавливают детали с повышенной нагрузкой, с требованиями высочайшей устойчивости и прочности, которые действуют при больших температурах – до 300 градусов.
51ХФА – для пружинной проволоки;
55С2 — для производства пружинных механизмов и рессор, используемых в тракторостроении, машиностроении, для подвижных составов на ж/д;
55С2А – производят авторессоры, пружины для поездов;
55С2ГФ – для выработки очень прочных пружин специального направления, авторессор;

55ХГР – производят полосовую сталь пружинную, толщина которой варьируется от 3 до 24 мм;
60Г – для выработки круглых и гладких пружин, колечки и прочие выработки пружинного типа, обладающих высокой стойкостью к изнашиванию и упругостью, например, скобы, втулки, тамбурины для тормозящих систем, применяемые в тяжелом машиностроении;

Интересно: торсионная сталь, марки 60С2 – пружины высокой нагрузки, фрикционные диски, пружинные шайбочки;

60С2А – производят те же изделия, что из стали предыдущего типа;
60С2Г – тип рессорной стали, из которой производят тракторные и авторессоры;
60С2Н2А – производят ответственные рессоры с высокой нагрузкой на сплав;
60С2ХА – для выработки высоконагруженных пружинных продуктов, на которые производится постоянная нагрузка;
60С2ХФА – это круглая сталь с элементами калибровки, из которой производят пружины и пластины рессор с высокой ответственностью;
65 – изготавливают детали с повышенной прочностью и упругостью, которые эксплуатируются при большом давлении при высоких статистических нагрузках и сильной вибрации;
65Г – изготавливают детали, которые будут работать без ударных нагрузок;
65ГА – проволока для пружин, прошедшая закалку;
рессорная сталь марки — 65С2ВА, высоконагруженные рессорные пласты и пружины;
68А – закаленная проволока для производства пружинных приспособлений калибром 1.2-5,5 мм;
70 – детали для машиностроения, от которых необходима повышенная износоустойчивость;
70Г – для пружинных элементов;
70Г2 — производят землеройные ножи и пружины для разных отраслей промышленной индустрии;
70С2ХА – пружинные элементы для часовых устройств и большие пружины специального назначения;
70С3А – пружины с большой нагрузкой;
марка рессорно пружинной стали 70ХГФА – проволока для выработки пружинных элементов с термообработкой;
75 – любые пружинные и другие детали, используемые в машиностроении, на которые оказывается большая нагрузка вибрациями;
80 – для выработки плоских деталей;
85 – износостойкие детали;
SH, SL, SM, ДН, ДМ – машинные пружины, работающие при статистических нагрузках;
КТ-2 – для выработки холоднотянутой проволоки, которая навивается без термической обработки.

Первыми цифрами обозначается среднее содержание углерода в конкретной стали и обозначается она в процентном эквиваленте. После цифр идет литера, обозначающая конкретные легирующие присадки добавлены в сплав, а последнее число – это содержание добавок. Стоит отметить, что если легирующего связующего меньше 1,5%, то число не пишется, содержание больше чем 2,5% обозначается тройкой, промежуточное значение между двумя первыми значениями – прописывается цифрой 2.

Пружинный прокат будь то некорродирующая полоса, листы, шестигранники или квадраты, подразделяются на группы с некоторыми характеристиками:

химический состав – первоклассная нержавеющая листовая спецсталь, которая нормируется по значениям от 1 до 4Б;
способ обработки – горячекатаная полоса, поверхность которой обтачивается или шлифуется, калиброванный прокат, кованный, специально отделанный прокат.

Сталь 60с2а пружинная

Специфики пружинных сплавов

Высоко- и среднеуглеродистые виды этих сплавов упрочняются путем тонкой хладной деструкции, допускающей внедрение дробеструйных и гидроабразивных способов. При данном виде воздействия усилия остаточного сжатия наводят на плоскость изделий.

Фактически любая рессорная сталь (некорродирующая, без особых противокоррозионных свойств) должна пройти операцию сильного накаливания по сквозистой методике. Поэтому готовая металлопродукция по своему разрезу будет обладать структурой троостита.

Масленое закаливание при температуре 830–880 градусов, совмещаемая с отпуском при 410–480 градусах гарантирует повышения рубежа упругости – главнейшего рабочего свойства вышеперечисленных сталей. Зачастую употребляется и изотермическое закаливание, обеспечивающее не только высокую упругость, но еще и увеличенные данные пластичности, стабильности и вязкости вещества.

Некорродирующая лента и проволока из сплавов 70 и 65 в наибольшей степени часто употребляются для создания машинных пружин. В автотранспортной сфере также динамично используются кремниевые рессорные стали марки пружинной прокатки – 60С2А, 70С3А и 55С2. Они предрасположены к обезуглероживанию, что понижает характеристики их упругости и выносливости. Но за счет присадок хрома, ванадия и определенных составляющих все эти возможные опасности нивелируются.

Читать еще: Предел текучести стали 09г2с ГОСТ

Сферы применения рессорной прокатки самых ходовых марок стали:

пружины для любых устройств и агрегатов Машино- и автомобиле-строительной областей – 55С2, 50ХГ, 50ХГА;
тяжелонагруженные пружины – 60 С2Г, 60С2, 65С2ВА,60С2Н2А;
износоустойчивые пружины круглые и плоские (употребляется полоса), действующие при повышенных вибрациях – 80, 75,85.

В завершение немного о недостатках

нехорошей свариваемостью;
трудность резки.

Материалы. Изготовление пружин

Материалы. Изготовление пружин

Пружины изготовляют из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,5—1,1%. Из углеродистых сталей изготовляют пружины с диаметром проволоки до 10 мм; из легированных сталей — пружины, работающие при высоких напряжениях или повышенных температурах, а также пружины с большими сечениями проволоки (диаметром 20—30 мм) дли обеспечения закалки на полное сечение.

Присадка кремния (до 2%) повышает упругие качества стали и сопротивление повторным ударным нагрузкам. Ванадий (0,1—0,2%) и вольфрам (до 1,2%) вводят для повышения механических свойств и термостойкости. Для пружин ответственного назначения применяют вольфрамокремнистые и хромокремневанадиевые стали, обладающие наиболее высокими механическими свойствами.

Пружины, работающие при повышенных температурах, изготовляют из хромованадиевых сталей типа 50ХФА (термостойкость до 300°С), вольфрамокремниевых сталей типа 65С2ВА (до 350°С) и стали 40X13 (до 450°С).

Для пружин, работающих при температурах свыше 500°С, применяют специальные стали с повышенным содержанием Cr, V, Mo, W.

В табл. 57 приведены основные материалы, применяемые для изготовления пружин, и их механические свойства после термообработки. Модуль упругости пружинных сталей Е = (2,1—2,2)· 10 5 МПа, модуль сдвига G = (7,6—8,2)·10 4 МПа.

Сопротивление усталости пружинных сталей мало зависит от химического состава и в гораздо большей степени определяется состоянием поверхностного слоя. Обезуглероживание поверхностного слоя при термообработке, местные дефекты (коррозия, забоины, царапины, истирание при износе) резко снижают предел выносливости. Значительного повышения сопротивления усталости можно добиться полированием и особенно нагартовкой поверхностного слоя (волочением, дробеструйной обработкой).

Предел выносливости при отнулевом циклическом нагружении составляет в среднем 400—600 МПа.

Прочность пружинных сталей очень зависит от диаметра проволоки, резко возрастая с уменьшением диаметра. В качестве примера на рис. 856 приведены показатели прочности холоднокатаной проволоки в функции диаметра. Прочность проволоки малого диаметра (0,2—1 мм) примерно в два раза превышает прочность проволоки большого диаметра (8 мм). Диаметр проволоки следует учитывать при выборе допускаемых напряжений при расчете пружин.

Для изготовления пружин, работающих в условиях повышенной влажности или соприкасающихся с химически агрессивными средами, применяют коррозионностойкую сталь 40X13 или сплавы на основе меди. В табл. 58 приведены наиболее употребительные медные сплавы и их механические свойства.

Модуль упругости сплавов на медной основе Е = (1,2—1,3)·10 5 , модуль сдвига G = (4,5—5)·10 4 МПа.

Наиболее высокими антикоррозионными свойствами и наибольшим сопротивлением усталости обладают бериллиевые бронзы. Сочетание этих свойств с высокой электропроводимостью обусловливает широкое применение бериллиевых бронз для изготовления пружин в электромашиностроении. Кроме того, бериллиевые бронзы отличаются высоким постоянством упругих свойств и почти полным отсутствием гистерезиса и по этой причине часто применяются для изготовления упругих элементов точных приборов.

Пружины из сплавов на медной основе парамагнитны и применяются в тех случаях, когда необходимо исключить влияние магнитных полей.

Особенности производства пружинной стали

При производстве пружинной стали получается материал с большим пределом текучести. Благодаря этому свойству все изделия, изготавливаемые из этого материала, способны принимать исходную форму даже после скручивания или значительного изгиба. Именно для производства упругих изделий, не испытывающих остаточную деформацию, и предназначаются эти материалы.

Сферы использования

Из пружинной стали изготавливается широкий ассортимент изделий и деталей, используемых в транспортных средствах, агрегатах и заводском оборудовании. Торсионы и рессоры, которые можно встретить в подвесках автомобилей и бронетехники, изготавливаются из стали марок 55C2, 60C2A и 70C3A. С недавнего времени для этих же целей стала использоваться сталь марки 50ХФА. Из нее же обычно изготавливаются клапана для пружин.

Детали для транспортных средств – не единственная сфера, в которой применяется пружинная сталь. Материалы из этой категории используются для изготовления отмычек, пружин для фрикционных дисков, а также для разного рода механизмов, в том числе производственных. Для тех или иных изделий и пружин подходит сталь определенных марок. Между ними есть большие отличия в плане важных эксплуатационных характеристик:

50ХГФА – применяются для создания часовых пружин;
55C2 – рессоры и пружины, используемые в подвеске транспортных средств;
60Г, 65 – для изготовления износостойких и вибростойких пружин, упорных шайб;
KT-2 – для проката холоднокатаной проволоки.

Существуют и другие многочисленные марки, причем многие из них способны взаимозаменять друг друга. Например, сталь марки 68 может применяться вместо 65ГА, а сталь марки 70(Г) отлично заменяет 60Г. В ГОСТ можно обнаружить таблицы, в которых приведены все существующие марки с их режимами обработки и свойствами.

Состав и производство

Для сборки пружин и механизмов на их основе используется сталь, в состав которой входит от 0,5% до 0,75% углерода. В случае если содержание этого элемента превышает отметку 0,7%, материал называется инструментальной сталью. Это твердый и высокопрочный материал для изготовления разных инструментов. А также он применяется с целью создания пружин, максимально устойчивых к механическим воздействиям.

Углерод – не единственный элемент, оказывающий влияние на важные характеристики стали для пружин. При производстве металла в его состав намеренно вводятся легирующие компоненты в следующих концентрациях:

никель – до 1,7%;
вольфрам – до 1,2%;
хром – до 1,2%;
ванадий – до 0,25%;
марганец – до 1,25%;
кремний – до 2,8%.

Важнейшим этапом производственного процесса является измельчение зерна. В результате сопротивляемость готового металла мелким пластическим деформациям значительно увеличивается. Это положительным образом сказывается на релаксационной стойкости пружин, которые изготавливаются из высоколегированных сталей.

Современные методы изготовления сплавов для создания пружин позволяют производить материалы с любым исполнением, любой поверхностью и диаметром, если речь идет о пружинной проволоке. Строго соблюдаются как отечественные, так и международные стандарты, определяющие эксплуатационные характеристики стали. Кроме того, осуществляется тщательный контроль качества за каждым этапом создания пружинных сплавов.

Маркировка

Маркировка стали для производства пружинных изделий довольно простая, но при этом информативная. По обозначению можно понять состав материала, которым определяются все его эксплуатационные свойства. Маркировка расшифровывается в направлении слева направо. Она включает в себя следующие позиции:

первая позиция из двух цифр выражает массу углерода в сотых долях процента;
вторая позиция из одной или нескольких букв указывает название легирующего элемента;
третья позиция показывает округленную до целого значения долю легирующего элемента.

В случае если доля легирующего элемента в металле составляет менее 1,5%, в маркировке она не указывается. По обозначению можно легко понять, к какому виду принадлежит металл. Например, пружинная сталь марок 65, 70, 75, 80 и 85 относится к категории углеродистых. Материалы, в маркировке которых присутствует минимум две позиции, причисляются к легированным, так как в их составе высокая концентрация легирующих элементов.

Характеристики

Основными свойствами материалов для изготовления стальных тормозных лент, пружин и прочих изделий, являются высокая текучесть и упругость. Значительное увеличение упругости достигается путем закалки сплава в масле при высоких температурах в диапазоне от +820 °C до +870 °C. После закаливания обязательно проводится отпуск в диапазоне температур от +400 °C до +480 °C. Если есть необходимость в повышении таких свойств металла как прочность, вязкость и пластичность, на производстве прибегают к изотермическому закаливанию.

На основании характеристик материала для создания пружин выделяются следующие группы металлов:

по химическому составу – обычный, нержавеющий, легированный металл;
по способу обработки – калиброванный, горячекатаный, кованый прокат, со специальной отделкой.

Металлы, идущие на изготовление пружин, обязательно проверяются и нормируются по химическому составу. В этом случае прокат классифицируется по категориям. Всего существует 14 категорий, которые обозначаются маркировкой от 1 до 4Б включительно. По некоторым характеристикам нормирование не выполняется. Например, металлы категорий 1, 1A, 1Б не нормируются на наличие обезуглероженного слоя и прокаливаемость.

Основные требования

К ключевым характеристикам пружинного проката предъявляются строгие требования ГОСТ. Основной список технических требований регламентируется ГОСТ 14959-79. В нем содержится перечень как углеродистых, так и легированных марок стали. Там же описаны требования по отношению к маркировке, упаковке, правилам транспортировки, хранения и применения проката из пружинных сталей.

Перечень некоторых требований:

Читать еще: Какая из этих сталей полуспокойная?

максимальная массовая доля меди – 0,2%, остаточное содержание никеля – не более 0,25%;
сталь марки 51ХФА может использоваться исключительно для изготовления упругой проволоки;
максимальная массовая доля серы и фосфора в стали марки 60С2Г – не более 0,06%.

Некоторые требования к пружинной стали могут не соблюдаться. Например, вышеупомянутый ГОСТ допускает изменение концентрации марганца в составе сплава по желанию заказчика. Однако это действие допустимо только для тех пружинных сплавов, в составе которых нет таких легирующих элементов как никель и хром. А также не рекомендуется сильно отклоняться от таблиц, в которых указаны допустимые концентрации элементов.

Особенности сталей

Рессорно-пружинная сталь – ряд марок, в процессе создания которой применяется метод пластической холодной деформации. Для реализации этого метода могут использоваться дробеструйные и гидроабразивные технологии. Специфические методы, используемые при производстве пружинных металлов, наделяют сплав не только положительными, но и отрицательными качествами. К минусам таких материалов можно отнести:

сложность разрезания – этот процесс возможен, однако затрудняется обработка готовых изделий;
плохая свариваемость – металлы для производства пружин совсем не предназначены для сваривания.

Отдельно надо выделить такую разновидность металлов как коррозионностойкая сталь. Это марка специального назначения, главной ее особенностью является высокая устойчивость к коррозионному разрушению. С целью наделения материала такими характеристиками в его состав добавляют легирующие элементы – никель и хром. Содержание никеля варьируется от 9 до 12%, а хрома – от 13 до 27%, в зависимости от необходимых свойств.

В целом пружинный металл пользуется высокой востребованностью, даже несмотря на некоторые недостатки. Применение таких материалов не ограничивается пружинами, фрикционными дисками и рессорами. Сталь используется и в фортепианных струнах, для проката проволоки и других целей.

Видео по теме: Как изготавливают сверхпрочные пружины

Пружинные стали: характеристики, свойства, марки, ГОСТ. Изделия из пружинной стали

Начать стоит с того, что любая пружина, рессора и другие подобные элементы эксплуатируются в условиях жесткой и постоянной упругой деформации. Кроме этого, большинство деталей подвергается еще и циклическим нагрузкам. Именно по этим причинам к пружинной стали предъявляются высокие требования по упругости, текучести, выносливости, пластичности, а также важно наличие необходимого сопротивления к хрупкому разрушению.

Состав

В состав стали, которая подходит для производства пружин и рессор входит от 0,5% до 0,75% углерода. Дополнительными требования к содержанию легирующих элементов при производстве следующие:

содержание кремния в пружинной стали до 2,8%;
содержание марганца до 1,2%;
легирование хромом достигает 1,2%;
содержание ванадия до 0,25%;
легирование вольфрамом до 1,2%;
содержание никеля до 1,7%.

Также здесь важно добавить, что при производстве стали осуществляется процесс измельчения зерна, который способствует возрастанию сопротивления металла к малым пластическим деформациям. Это, в свою очередь, увеличивает релаксационную стойкость изделия из пружинной стали.

Применение

Довольно широкое применение в транспортных средствах нашли изделия из таких марок стали, как 55С2, 60С2А, 70С3А. Но здесь нужно знать, что этот материал подвержен таким дефектам, как обезуглероживание или графитизация. Эти недостатки опасны тем, что они сильно снижают характеристики упругости, а также прочности материала. Для того чтобы избежать этих дефектов и их негативного влияния на пружинную сталь, в нее и добавляют те элементы, которые были указаны выше.

Лучшими показателями в отличие от кремнистой разновидности сплава обладает марка 50ХФА. Этот вид материала стал больше всего использоваться для изготовления автомобильных рессор. Также этот тип стали очень часто используется для производства клапанов пружин, так как он не подвержен обезуглероживанию. Но тут стоит добавить, что она обладает малой прокаливаемостью.

Работа пружин

Здесь важно понимать, что работа любой пружины, рессоры или любой другой детали из пружинной стали характеризуется только тем, что используются лишь упругие свойства материала. Суммарная величина их упругости определяется особенностями конструкции. Решающим показателем здесь будет количество витков, их диаметр, а также длина самого изделия. Еще один важный момент, который необходимо отметить — это пластическая деформация. Это в пружинах чаще всего не допускается, а потому от материала, который используется для производства пружин, не требуется наличия высокой ударной вязкости или показателя пластичности. Основное требование — это параметр упругости. Верхний предел этой характеристики должен быть довольно велик. Для того чтобы достичь требуемого параметра, сталь подвергают закалке под воздействием высоких температур, а после проводят отпуск материала при температуре в 300-400 градусов по Цельсию.

Свойства

Основное свойство пружинной стали — это текучесть(упругость). Максимальный показатель этого параметра достигается только при температурах, указанных выше. Однако если отпускать материал при таких градусах, то отпускная хрупкость окончательного продукта будет находиться в первом роде. Как уже говорилось ранее, ударная вязкость не имеет принципиального значения.

Еще одно из свойств стали касается ее состава. Оно выражается в том, что содержание углерода в ней больше, чем в других сплавах. Хотя, если сравнивать с инструментальной сталью, все же меньше.

Для обычного процесса легирования используют марганец и кремний. Для более ответственных пружин или рессор в качестве добавок применяют хром и ванадий. Эти два элемента придают им повышенную упругость. Можно добавить, что для достижения наилучших эксплуатационных свойств сталь часто подвергают закалке в масле или воде.

Виды и марки стали

Марки пружинной стали делятся на множество различных групп. Существуют материалы общего назначения. К ним относят марки 65, 70, 75, У9А. Из этого продукта изготавливают пружины для машин с небольшим сечением. К особым свойствам этих деталей можно отнести их пониженную релаксационную стойкость.

Кремнистые стали марок 55С2, 60С, 60С2 применяются для создания таких элементов, как пружины и рессоры, использующиеся в автомобильной, автотракторной промышленности, а также в железнодорожной промышленности. Тут важно добавить, что эти элементы склонны к обезуглероживанию. Каких-либо особых свойств у этой стали не имеется.

Еще одна разновидность стали — это комплексно легированная. Данный продукт выпускается под марками 50ХФА и 60С2ХФА. К использованию этого материала прибегают в том случае, если необходимо создать пружины или рессоры для важных деталей. Стойкость к температурному воздействию у этого материала составляет до +300 градусов Цельсия.

Можно выделить также стали специального назначения. К ним принадлежат такие продукты мартенситного класса 30Х13, 40Х13. Они используются для производства обычных пружин или рессор, однако обладают особыми свойствами. Характеристика пружинной стали этой марки состоит в том, что у нее повышенная стойкость к коррозии, повышенная жаропрочность (до 550 градусов Цельсия), а также выраженные магнитные свойства.

Требования по ГОСТ

Для пружинных сталей, как и для другой самой разнообразной продукции, был принят ГОСТ. Он устанавливает все правила, касающиеся материала. К примеру, там описаны следующие технические требования.

Массовая доля такого вещества, как медь не должна превышать 0,2%. А остаточное количество никеля не должно быть выше, чем 0,25%.
Для такой марки стали, как 60С2Г, существует отдельное требование, которое гласит, что суммарная массовая доля серы и фосфора не должна быть выше 0,06%.
Такая марка стали, как 51ХФА по ГОСТ предназначается лишь для производства пружинной проволоки.
ГОСТ пружинной стали также предписывает, что по индивидуальному заказу потребителя массовая доля, содержащегося в стали марганца, может быть уменьшена, несмотря на предписания, которые указываются в таблице, имеющейся в том же документе. Это при условии, что сплав не подвергался легированию хромом и никелем.

Коррозионностойкая сталь

Одна из марок стали специального назначения отличается тем, что у нее имеется повышенная стойкость к коррозии. Для того чтобы максимально повысить сопротивляемость материала к разрушающему ее процессу, в него добавляют и хром, и никель в количестве от 13 до 27% и от 9 до 12% соответственно. Другими словами, эти продукты относятся к группе высоколегированных сталей.

Основным аустенитообразующим элементом в таком продукте является никель. В то время как марганец, к примеру, влияет на образование аустенита слабее, эффект от его использования ниже практически в два раза. Если необходимо еще сильнее расширить аустенитную область, то можно использовать такие вещества, как углерод или азот.

голоса

Рейтинг статьи