Термообработка стали 65г для пружин

Улучшение механических свойств пружин из стали 65Г изотермической закалкой Текст научной статьи по специальности « Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Салынских Виктория Михайловна, Щербакова Елена Евгеньевна, Арефьева Людмила Павловна

На основании анализа требований к составу, механическим и технологическим свойствам материала для изготовления пружин предложена модернизация технологического маршрута термообработки изделий, в том числе температур отжига, закалки и отпуска стали , технологических сред для нагревания и охлаждения. Использование предлагаемой изотермической закалки с последующим отпуском, позволяет получить структуру нижнего бейнита, которая обеспечивает более высокий предел упругости, и высокую усталостную прочность.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Салынских Виктория Михайловна, Щербакова Елена Евгеньевна, Арефьева Людмила Павловна

IMPROVEMENT OF MECHANICAL PROPERTIES OF SPRINGS MADE OF STEEL 65G BY ISOTHERMAL QUENCHING

Based on the analysis of the requirements to composition, mechanical and technological properties of the material for the manufacture of springs the authors have proposed the improvement of the manufacturing route of products heat treatment , including annealing temperatures, quenching and tempering of steel , technological environments for heating and cooling. The use of the proposed isothermal quenching with subsequent tempering, allows obtaining a structure of lower bainite , which provides a high elastic limit and high fatigue strength.

Текст научной работы на тему «Улучшение механических свойств пружин из стали 65Г изотермической закалкой»

УЛУЧШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРУЖИН ИЗ СТАЛИ 65Г ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАКАЛКОЙ

Салынских В. М., Щербакова Е. Е., Арефьева Л. П.

Донской государственный технический

университет, Ростов-на-Дону, Российская

На основании анализа требований к составу, механическим и технологическим свойствам материала для изготовления пружин предложена модернизация технологического маршрута термообработки изделий, в том числе температур отжига, закалки и отпуска стали, технологических сред для нагревания и охлаждения. Использование предлагаемой изотермической закалки с последующим отпуском, позволяет получить структуру нижнего бейнита, которая обеспечивает более высокий предел упругости, и высокую усталостную прочность.

Ключевые слова: термическая обработка, пружинные свойства, сталь, изотермическая закалка, нижний бейнит.

IMPROVEMENT OF MECHANICAL PROPERTIES OF SPRINGS MADE OF STEEL 65G BY ISOTHERMAL QUENCHING

Salynskih M. V., Shcherbakova E. E., Arefeva L. P.

Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russian Federation

Based on the analysis of the requirements to composition, mechanical and technological properties of the material for the manufacture of springs the authors have proposed the improvement of the manufacturing route of products heat treatment, including annealing temperatures, quenching and tempering of steel, technological environments for heating and cooling. The use of the proposed isothermal quenching with subsequent tempering, allows obtaining a structure of lower bainite, which provides a high elastic limit and high fatigue strength.

Keywords: heat treatment, spring properties, steel, isothermal hardening, lower bainite

Введение. Упругие элементы конструкций изготавливают из легированных и углеродистых сталей. Для изготовления пружин требуется применение сталей с высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. Для выполнения своих функций пружины должны сохранять форму в течение всего периода эксплуатации, стабильную структуру материала, высокую степень релаксации и коррозионную стойкость, а также высокую сопротивляемость изнашиванию и явлению хрупкого разрушения [1-5].

Термическая обработка является одной из наиболее важных операций общего технологического цикла обработки деталей, позволяющая получить необходимые характеристики материала [5]. В результате термической обработки механические свойства металлов и сплавов могут быть изменены в широких пределах, что позволяет расширить область их применения [5-9]. Улучшение механических свойств в результате термической обработки позволяет снижать себестоимость продукции путем использования для производства деталей более дешевых сплавов простых составов.

Постановка задачи. Целью работы является улучшение механических свойств модернизацией технологического процесса производства пружин. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующую задачу: исходя из требований, предъявляемых к материалу изделий, и условий эксплуатации модернизировать технологический процесс изотермической закалки для пружин из выбранного материала для сокращения времени процесса термической

обработки и улучшения конечных пружинных свойств материала.

Выбор марки стали для изготовления пружин. Пружины могут быть изготовлены из сталей следующих марок: сталь 65, 65Г, 55С2, 50ХГА [10]. Исходя из необходимых механических, технологических и эксплуатационных свойств нами была выбрана сталь 65Г.

Марганцевая сталь 65Г по сравнению с другими сталями обладает некоторыми особенностями, к которым относятся получение менее шероховатой поверхности при горячей обработке, меньшая склонность к обезуглероживанию. Сталь 65Г удовлетворяет заданным требованиям к технологическим и механическим свойствам стали, имеет повышенную прочность, вязкость и сопротивляемость изнашиванию, высокое сопротивление небольшим пластическим деформациям и релаксационную стойкость. Обладает достаточно высокой прокаливаемостью. Имеет относительно низкую стоимость в сравнении с остальными сталями.

При изотермической закалке с образование структуры нижнего бейнита пружинная сталь обладает более высоким пределом упругости, большим пределом выносливости, достаточной пластичностью и вязкостью.

Более высокие значения предела упругости стали в состоянии твердости после изотермической закалки, по сравнению с обычной закаленной при равной твёрдости можно объяснить иной субструктурой и особенностями выделения дисперсных карбидов (эти карбиды образуются по плоскостям <112>, по которым располагаются и дефекты упаковки). Поэтому препятствия движению дислокаций весьма эффективны.

Образующийся в этих сталях при изотермической закалке на нижний бейнит а-твердый раствор не имеет двойникованного строения, так как последний образуется из участков аустенита с пониженным содержанием углерода. В итоге, после изотермической закалки сталь характеризуется более благоприятным сочетанием свойств прочности [1,11].

Остаточный аустенит, фиксируемый после изотермической закалки, менее склонен к превращению в мартенсит при развитии трещины по сравнению с остаточным аустенитом после обычной закалки, и таким образом он повышает трещиностойкость стали. Эта повышенная стабильность остаточного аустенита к превращению в мартенсит проявляется и в области микро-и малых пластических деформаций. Именно поэтому сталь 65Г после изотермической закалки даже при повышенном количестве остаточного аустенита обладает достаточно высоким пределом упругости. Также возрастает сопротивление пластической деформации самого остаточного аустенита за счет преобразования его субструктуры и выделения частиц карбидов в процессе изотермической выдержки.

Режим термической обработки. Предлагаемый режим термической обработки пружины из стали 65Г изображен на рисунке 1.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ПО 120 130140 150

Рис. 1. Предлагаемый режим термической обработки пружины из стали 65Г

Сталь со структурой нижнего бейнита обладает не только высоким пределом упругости, но также и более высокой усталостной прочностью при той же твердости, что и сталь после закалки на мартенсит и отпуска, поскольку в первом случае, ниже величина микронапряжений, а форма карбидных частиц более равноосная.

У стали со структурой верхнего бейнита усталостная прочность ниже, чем у закаленной на мартенсит и подвергнутой отпуску, поскольку карбидные частицы в верхнем бейните, имеющие пластинчатую форму и более крупные размеры, располагаются по границам кристаллов а-фазы и поэтому играют роль концентраторов напряжений.

Для стали 65Г, при изотермической закалке происходит, нагрев при 800-820°С и изотермическая выдержка в селитровой ванне 15-20 мин при температуре 325-350°С.

Структура нижнего бейнита образуется, в результате распада переохлажденного аустенита в интервале 200-350 °С и состоит из тонких частиц Р-карбида, расположенного в пластинках пересыщенного углеродом феррита. Структура нижнего бейнита по сравнению со структурами, состоящими из продуктов распада аустенита в перлитной области (троостита), обеспечивает более высокую твердость и прочность стали при сохранении высокой пластичности.

Еще более высокие свойства пружин могут быть получены в том случае, если после закалки на нижний бейнит их подвергнуть дополнительному отпуску области образования нижнего бейнита при температуре 300-350°С.

Применение изотермической закалки с последующим отпуском позволяет повысить предел упругости стали 65Г, усталостную прочность, релаксационную стойкость, вязкость и пластичность.

Дополнительный отпуск не дает заметного эффекта, если в результате изотермической закалки была получена структура верхнего бейнита, присутствие которой вообще недопустимо для пружин.

Заключение. В работе предложена технологическая модернизация процесса термической обработки пружин из стали 65Г, позволяющая получить требуемый комплекс свойств.

Использование после изотермической закалки дополнительного отпуска расширяет область ее применения, поскольку после этого отпуска можно, который при равной твердости или прочности будет выше, чем после изотермической закалки на верхний бейнит или после обычной закалки на мартенсит и отпуска.

1. Рахштадт, А. Г. Пружинные стали и сплавы: Учебник / А.Г. Рахштадт. —изд. 3-е, перераб. и доп.— Москвас: Металлургия, 1982. — 400с.

2. Околович, Г. А. Повышение эксплуатационной надежности пружин железнодорожного транспорта / В. И. Левков [и др] // Ползуновский вестник. — № 3, 2015. — С. 33-37.

3. Околович, Г. А. Термическая обработка пружин железнодорожного транспорта/ Д. В. Кураков, Т. Г. Шарикова, С. А. Чекалина // Ползуновский альманах. — № 2, 2015. — С. 141145.

4. Околович, Г. А. Характеристика пружинных сталей / Д. В. Кураков [и др] // Ползуновский альманах. — № 2, 2014. — С. 161-163.

5. Околович, Г. А. Свойства пружинных сталей после закалки, отпуска и деформационного упрочнения / В. И. Левков, Н. С. Баленко // Ползуновский альманах. — № 1, 2012.— С. 76-78.

6. Берштейн, М. Л. Металловедение и термическая обработка стали. Том 2. Основы термической обработки: Справочник / М. Л. Бернштейн, А. Г. Рахштадт. — 3-е изд., перераб. и

доп. в 3-х т. — Москва : Машиностроение, 1983. — 368 с.

7. Арендарчук, А. В. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / под ред. Ю. М. Лахтина, А. Г. Рахштадта. — Москва : Машиностроение, 1980. — 783 с.

8. Пустовойт, В. Н. Особенности протекания мартенситного превращения в стали при закалке в постоянном магнитном поле / Ю. В. Долгачев // Вестник Донского гос. техн. ун-та. — 2007. — Т. 7, № 4 (35). — С. 459-465.

9. Пустовойт, В. Н. Особенности структуры мартенсита, полученного при закалке стали в магнитном поле в температурном интервале сверхпластичности аустенита / В. Н. Пустовойт, Ю. В. Долгачев // Металловедение и термическая обработка металлов. — № 11, 2011. — С. 3-7.

10. Пустовойт, В. Н. Технология бездеформационной закалки в магнитном поле тонкостенных деталей кольцевой формы / В. Н. Пустовойт, Ю. В. Долгачев // Вестник Донского гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 11, № 7 (58). — С. 1064-1071.

11. Марочник сталей и сплавов: справочник / под ред. А. С. Зубченко. — 2-е изд., — доп. и испр. — Москва : Машиностроение, 2003. — 784 с.

12. Попова, Л. Г. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана: Справочник термиста / Л. Е. Попова, А. А. Попов.— 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Металлургия, 1991. — 503 с.

Сталь 65Г: характеристики и применение

Существуют виды сталей, имеющих ограниченное применение. Именно к ним относят рессорно — пружинную сталь 65Г. Её характеристики отличают высокие параметры упругости и стойкостью к износу.

Химический состав

В состав марки 65Г входят следующие вещества:

до 0,65% углерода (С);

до 1,2% марганца (Мn);

до 0,4% кремния (Si);

до 0,25% хрома (Сг);

до 0,035% фосфора (Р);

до 0,25% никеля (Ni).

Расшифровка стали

Буква Г означает, что основной легирующий элемент — марганец, а цифра 65 — это процентное содержание углерода в сплаве в сотых долях (0,65%)

Наличие марганца в таком количестве увеличивает упругость стали и ее сопротивление на разрыв.

Эта сталь выпускается на основании ГОСТ14959-2016.

Действие этого документа относится к горячекатанному и кованному прокату. Кроме того, он регламентирует такую продукцию, как специальный прокат, который предназначен для производства пружинной и рессорной продукции. Этот ГОСТ нормирует химический состав проката.

Производители выпускают следующую номенклатуру продукции:

• сортовой прокат, в т. ч. фасонный — ГОСТ 14959-79;
• пруток калиброванный — ГОСТ 1051-73;
• серебрянка — ГОСТ 14955-77.

Кроме тог,о металлургические предприятия выпускают лист разной толщины, круги, полосы, прутки прочие виды изделий.

Аналоги стали 65Г

В качестве заменителя для стали 65Г можно использовать — 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2.

Зарубежные металлурги производят следующие аналоги:

• США — G15660;
• Германия — 66Mn4;
• Великобритания — 080A67;
• Китай — 65Mn.

Общие параметры

Вещества, входящие в этот материал и дальнейшая его термообработка обеспечивает:

• высокую стойкость к износу;
• хорошая ударная вязкость;
• сопротивление на разрыв;
• высокая стойкость к воздействию ударов.

Отсутствие большого количества легирующих элементов позволяет обеспечить относительно низкую цену этой стали.

Для получения заданных параметров сталь марки 65Г закаливают при температуре от 800 до 830 ºC. Отпуск выполняют при температуре от 160 до 200 ºC, такой отпуск называют высоким. Охлаждение выполняют на воздухе. Такие режимы термической обработки позволяют получить изделие с твёрдостью поверхности 45- 47 по HRC.

Технолог, проектируя процесс термообработки должен помнить, сталь 65Г и ее аналоги не опасаются перегрева, но при выполнении закаливания в верхних точках температурного диапазона может снизиться ударная вязкость.

Применение стали 65Г

Эта сталь и ее аналоги нашли свое применение во многих отраслях промышленности, например, в автомобилестроении, станкостроении и пр. Практически сталь 65Г и ее аналоги можно встретить в любом автомобиле, тракторе, станке, судне, то есть в любом оборудовании, в котором эксплуатируются рессоры, пружины, в том числе и тарельчатые и пр.

Как правило, твёрдость пружин лежит в диапазоне от 40 до 50 по Rc. ГОСТ определяет методики проверки, которые максимально приближены к реальным условиям их работ. Во время приемки пружинная продукция проходит испытания на растяжение, сжатие и пр. Более того, на поверхности готовых изделий недопустимо наличие рисок, царапин и пр. Все дело в том, что рано или поздно их наличие приведет к появлению трещин на поверхности изделий.

Пружины, которые производят из проволоки, прошедшей термическую обработку, такую называют патентированной, или лент класса Н, П или В, подвергают операции дополнительного отпуска. Она необходима для устранения внутренних напряжений, которые возникают при их производстве. Кроме того, такая дополнительная обработка приводит к повышению упругости готовых изделий. Дополнительный отпуск выполняют в ваннах, наполненных селитрой, время отпуска составляет 5 — 10 минут. Кроме того, при отпуске с использованием электропечей, технологи должны отслеживать то, чтобы изделия прогревались равномерно, в противном случае, возможно, возникновение внутренних напряжений.

Изделия, произведённые из отожжённой стали, подвергаются операциям закаливания и отпуска. При этом отпуск выполняют при температуре до 720 ºC.

Пружины, предназначенные для закаливания, могут помещать или разогретые ванны, заполненные соляным раствором, или в камерные печи.

Существует ряд технологических особенностей при производстве пружинных изделий из стали 65Г. В частности, пружины небольшого размера, помещают в печи на специальных поддонах. Изделия большого размера на специальных приспособлениях, которые предотвращают появление коробления, это могут быть трубы соответствующего размера.

Имеет смысл отметить, что, кроме промышленности, сталь марки 65Г применяют для производства клинкового оружия — это специальные ножи для метания и турнирные мечи, используемые в исторических реконструкциях. Кстати, именно в этой сфере применения, проявляется один из недостатков этого сплава — низкая стойкость к воздействию коррозии. Именно поэтому клинки после использования проходят смазку касторовым маслом. Специалисты утверждают, что уход за клинковым оружием можно сравнить за правилами ухода за дамасской сталью.

Для изготовления, например, кухонных или охотничьих ножей эта сталь не лучшее решение, это вызвано рядом ее свойств.

Технические характеристики рессорно пружинной стали 65Г

Автор: Игорь

Дата: 28.05.2019

• Статья
• Фото
• Видео

Основные характеристики сплавов определяют область их применения. Сталь 65Г отличают высокие показатели упругости и износоустойчивости. Преимуществом продукта является и низкая стоимость. Эти качества делают его незаменимым в изготовлении рессорной продукции, а также спортивного оружия.

Расшифровка маркировки

Сталью называют сплав железа с углеродом. Одной из самых распространенных в России является марка стали 65Г, расшифровка ее понятна и проста – цифрами и буквами обозначается содержание в сплаве легирующих элементов. Общий принцип маркировки сталей предусматривает три позиции, которые указывают слева направо:

• массу углерода в сотых долях процента;
• знак главного легирующего компонента;
• округленное до целого числа значение основного добавочного элемента.

Меняя добавки и их количественное содержание, можно материалу задать необходимые технологические свойства. Углерод повышает твердость сплава, однако при увеличении его концентрации выше 2,14% материал становится слишком хрупким. В данном случае цифры свидетельствуют о массовой доле основного составного элемента в стали – углерода. Его концентрация составляет 0,65%. Буква «Г» указывает на главный легирующий компонент – марганец.

Сталь 65Г, характеристики, применение регламентируются ГОСТОм 14959-2016, который определяет концентрации легирующих элементов. Номенклатура выпускаемой продукции состоит:

• из сортового проката;
• прутка калиброванного с ГОСТом – 1052-71;
• серебрянки, ГОСТ – 14955-77;
• листов и полос разных размеров.

Сплав относится к категории высокоуглеродистого рессорно-пружинного сырья. В них должны сочетаться свойства высокой поверхностной твердости и хорошей упругости. Их достигают с помощью термической обработки и различных добавок. Основными из них являются:

• углерод, обеспечивающий эффект прочности материала – 0,62-0,70%;
• марганец, повышающий поверхностную твердость и значительное сопротивление разрыву – 0,9-1,2%;
• кремний, один из раскислителей – 0,17-0,37%.

Состав сплава

К второстепенным добавкам относятся:

• хром, который повышает твердость материала, степень его жаростойкости – 0,25%;
• никель, придающий антикоррозионные свойства и пластичность – до 0,25%;
• медь, увеличивающая устойчивость к коррозии – 0,20%;
• сера и фосфор – по 0,035%.

Последние два элемента относятся к вредным примесям, присутствие которых неизбежно. Фосфор снижает пластичность сплава и повышает его хрупкость. Сера вызывает явление красноломкости, то есть возникновение трещин в металле при интенсивном нагреве. Однако их концентрация в сплаве не превышает величины, допустимой для качественного материала.

Малое количество легирующих добавок обеспечивает относительную дешевизну сплава, что и делает его крайне востребованным. Химический состав определяет физические и технологические свойства стали 65Г:

• твердость при 20оС – 285 НВ;
• модуль упругости – 84 ГПа;
• высокую прочность на разрыв – 750 МПа;
• хорошую ударную вязкость – 3,0 – 3,5 кг*м/см2;
• удельный вес – 7850 кг/м3;
• диапазон температур для закалки – 800 – 830оС;
• температурный интервал ковки – 760 – 1250оС.

Заменителями для сплава могут выступать марки:

• 55С2;
• 60С2А;
• 9ХС;
• 50ХФА;
• 60С2;
• 70Г;
• 55С.

Из зарубежных аналогов можно отметить:

• G15660 – в Соединенных штатах;
• 66Mn4 – Германии;
• 65Mn – Китае;
• 080А67 – Великобритании.

Термическая обработка

Сталь 65Г, характеристики которой изначально задаются ее химическим составом, подлежит дальнейшей термообработке. Во многом, от нее зависит качество производимой продукции. В результате теплового воздействия:

• происходят внутренние структурные изменения в металле;
• улучшаются его механические свойства;
• увеличивается износоустойчивость изделий;
• повышается их надежность;
• снижается себестоимость деталей вследствие применения более дешевых добавок;
• расширяется сфера использования продукции.

Основные этапы термической обработки заключаются в процессах:

• отжига;
• дальнейшей нормализации;
• закалки и отпуска.

Закалка и отпуск изделий

Закалка происходит при нагреве детали до температур выше критической, и быстром охлаждении в определенной среде. Диапазон температур, подходящих для закалки деталей из стали 65Г, составляет 800 – 820оС. Дальнейшее охлаждение осуществляется в масле, что позволяет устранить вероятность растрескивания поверхности изделий.

В зависимости от тех характеристик, которые заданы эксплуатационными требованиями для изделий, при подборе режима закалки учитываются:

• оборудование и метод нагрева;
• температурный диапазон процесса;
• время выдержки при выбранном режиме;
• тип закалочной среды;
• способ дальнейшего охлаждения.

Отжиг изделий производится путем повторного нагрева, после которого осуществляются процедуры выдержки и медленного охлаждения. Температура отжига соответствует тепловому воздействию при закалке стали.

Отпуск металла осуществляют для ликвидации внутренних напряжений, появившихся в нем в процессе закалки. На выходе несколько уменьшается твердость сплава, но увеличивается его вязкость. Отпуск проводится путем вторичного нагрева в более низком температурном режиме и последующего спокойного охлаждения. Кроме того, меняя температурные режимы отпуска, можно придавать металлу разные механические свойства.

Для продукции из стали 65г обычно проводят высокий вариант отпуска в диапазоне температур 550 – 600 градусов с дальнейшим охлаждением на воздухе, однако при этом снижается показатель ударной вязкости. Для изделий, требующих высокой надежности и долговечности, дополнительно применяется низкий отпуск в интервале 160 – 200оС, сопровождающийся медленным охлаждением на воздухе. Твердость стали на выходе может составить 45 – 47 HRC.

Преимущества и недостатки

Несомненно, широкая область применения обусловлена очевидными достоинствами, которыми обладает сталь 65Г:

• характеристики, применение для ножей обусловлены устойчивостью к ударным деформациям и простотой заточки;
• высокая твердость, до 50-55 HRC, предохраняет изделия от поломок;
• низкая стоимость позволяет удешевить выпускаемую продукцию;
• высокая сопротивляемость разрыву делает ее незаменимой в изготовлении пружинной продукции;
• значительный предел текучести позволяет изделию восстанавливать свою форму после прекращения действия деформирующей нагрузки;
• металл хорошо поддается ковке;
• после процедуры чернения на его поверхности образуется оксидная пленка, предохраняющая поверхность от коррозии.

Как и любой сплав, сталь 65Г обладает определенными недостатками:

• она сильно подвержена коррозии;
• несмотря на легкую заточку, доводка режущей кромки слишком трудоемка;
• существует вероятность деформации при ударных нагрузках.

Область применения

Сплав является конструкционным материалом с высокой степенью упругости, что позволяет использовать его в машиностроении и станкостроении для производства механизмов, работающих под длительными нагрузками:

• для создания рессор в автомобилях;
• упорных шайб и сланцев;
• подшипников и тормозных лент;
• пружинных механизмов;
• фрикционных дисков.

Из сталей марок 65, 70 можно изготовить также:

• спортивные клинки;
• метательные ножи;
• медицинские изделия;
• бритвы;
• другие элементы, не подвергающиеся длительным ударным нагрузкам.

Материал не подходит для сварки и использования в условиях повышенной влажности, так как подвержен коррозии. Однако его можно применять в контактно-точечных сварочных операциях. Изготовленные из него изделия необходимо смазывать маслом или использовать только в сухом помещении.

Режим термической обработки рессор из стали 65Г

Назначение и особенности термической обработки легированных рессорно-пружинных сталей. Анализ зависимости эксплуатационных свойств от температуры и скорости отпуска. Технология проведения полной закалки деталей. Схема структурных превращений при нагреве.

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Режим термической обработки рессор из стали 65Г

Для изготовления упругих элементов общего назначения, применяются легированные рессорно-пружинные стали.

Особенность работы деталей типа упругих элементов состоит в том, что в них используются в основном упругие свойства стали и не допускаются при нагрузке (статической, динамической, ударной) возникновение пластической деформации.

В связи с этим стали должны иметь высокое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости при достаточной пластичности и в сопротивлении хрупкому разрушению.

Важные характеристики сталей данного типа — релаксационная стойкость и прокаливаемость. Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, т. е. хорошую закаливаемость и сквозную прокаливаемость (структуру мартенсита по всему сечению детали после закалки).

Наличие в структуре стали феррита, продуктов эвтектоидного распада, остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. Известно, что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением размера зерна в стали.

К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5. 0,7%, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5. 2,8%), марганцем (0,6. 1,2 %), хромом (0,2. 1,2%), ванадием (0,1. 0,25%), вольфрамом (0,8. 1,2%), никелем (1,4. 1,7).

Эксплуатационные свойства стали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350. 5200С) на тростит отпуска (рис.1а).

Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит (рис.1б).

термический закалка сталь легированный

В соответствии с заданием необходимо подобрать режим термической обработки стали 65Г. Сталь обладает стойкостью к росту зерна. Имеет высокие механические свойства.

Примем первый вариант термической обработки (рис. 1а): закалку и средний отпуск. По данным ГОСТа 14959-79 температура закалки для 65Г составляет 840-8600С (АС3 = 7880С).

В качестве охлаждающей среды применяем масло.

Последующий отпуск проводим при температуре 420-4500С (выше температуры необратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура тростита отпуска (мелкозернистая ферритоцементитная смесь) обеспечит высокое сопротивление малой пластической деформации при достаточных значениях пластичности и вязкости (рис.2а, б) с НRC = 40. 50.

Указанный режим термической обработки (рис.3) обеспечивает получение следующих свойств (минимальных): s 0,2 > 1270МПа; s в > 1470МПа; d > 12%; y > 42%; НВ » 3900 — 4800 МПа (отпуск 4500 ).

Сталь 65Г — сталь перлитного класса. Кремний несколько повышает точку А3 и снижает А4. Критические точки стали АС1 — 7520С , АС3 — 7880С. Учитывая содержание углерода, сталь по структуре отжига относится к доэвтектоидным сталям, однако кремний сдвигает точку S диаграммы Fe -Fe3C до 0,7 % С, т. е. сталь становится почти эвтектоидной. Поэтому необходимо проведение полной закалки (температура А3 — 30-500С, т.е. » 840-8600С). При полной закалке сталь нагревают до однофазной мелкозернистой аустенитной структуры (рис.4).

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей чем V кр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит) обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита (рис.5)

VК — наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит. Рассмотрим превращения, происходящие в стали 65Г при нагреве с исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1 (до 7520С для стали 65Г). При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход Fea ® Fe g ; растворение аустенита в цементите.

Представим общую схему превращения П (Ф +Ц) ? А1 ® (Ф + Ц + А)1 ® (А + Ц)2 ® ( А неоднородный )3 ® (А гомогенный)4 Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

Из рис.6 видно, что фазовая кристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом чем дисперснее структура перлита (Ф +Ц) и чем выше скорость нагрева стали, тем больше центров зарождения аустенита, а, следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшение чувствительности к концентраторам напряжений. Рассмотрим изменение структуры в стали при закалке в масле. При непрерывном охлаждении стали со скоростью большей чем критическая скорость (рис.5) аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000-7000м/с) в интервале температур Мн. Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением % С точки Мн и Мк понижаются, в то время как введение кремния их повышает.

Из рис.7 видно, что температура Мн и Мк определяются в основном химическим составом стали. В результате закалки стали 65Г структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита. Возможность мартенситного превращения в стали объясняется наличием принципа структурного и размерного соответствия между аустенитом — плоскость (111) и мартенситом — плоскость (110), т.е. g ® a переход носит бездиффузионный характер. Превращение аустенита в мартенсит происходит путем кооперативного направленного сдвига только атомов железа на расстояние меньше межатомных. Полученный мартенсит представляет собой перенасыщенный твердый раствор углерода в a — железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры. Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим внутренним напряжениям, повышению твердости, прочности (фазовому наклепу), однако при этом возрастает склонность стали к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Превращение в закаленной стали при среднем отпуске (450 С)

Нагрев закаленной стали до температуры АС1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение в стали необходимые эксплуатационных свойств. Структура стали 65Г после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита. При отпуске будет проходить одновременно несколько процессов:

1. Распад перенасыщенного твердого раствора мартенсита, при котором углерод выделяется в виде карбидов ( e — карбид, Fe3C ).

2. Распад остаточного аустенита, который превращается в мартенсит отпуска.

3. Выделение карбидной фазы Fe3C и ее последующая коагуляция.

4. Уменьшение плотности дефектов кристаллического строения.

5. Снимаются внутренние напряжения.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры: До 800С диффузионная подвижность атомов мала и распад аустенита идет медленно.

Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80. 2000С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита — смеси пересыщенного углеродом a — раствора и когерентных с ними частиц e — карбида.

В результате этого существенно меняется тетрагональность мартенсита ( часть углерода выделяется в виде метастабильного e — карбида ), удельный объем, снижаются внутренние напряжения (рис.8).

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200. 2600С (3000С) и состоит:

1) в превращении остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2) в дальнейшем распаде отпущенного мартенсита: уменьшается степень его перенасыщенности до 0,15. 0,2% С, начинается преобразование e — карбида в цементит и его обособление, разрыв когерентности;

3) в снятии внутренних напряжений;

4) в связи с переходом остаточного аустенита в отпущенный мартенсит имеет место некоторое увеличение объема.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300. 4000С. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования.

Формируется карбидоферритная смесь, существенно снимаются внутренние напряжения; повышение температуры отпуска выше 4000С активизирует процесс коагуляции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности ферритоцементитной смеси.

Структуру стали после низкого отпуска (до 2500С) называют отпущенным мартенситом. Структуру стали после среднего отпуска 350. 5000С называют троститом отпуска. Структуру стали после высокого отпуска 500. 6000С называют сорбитом отпуска. В стали 65Г после полной закалки в масле и среднего отпуска при 4500С образуется структура тростита.

Состав и группа стали 110Г13

Для некоторых деталей (шары дробильных мельниц и т.к.) используется сталь 110Г13.

Термообработка стали 65г для пружин

Пружины и рессоры испытывают в работе многократные знакопеременные нагрузки и после снятия нагрузки должны полностью восстанавливать свои первоначальные размеры.

Поэтому нагрев пружин и рессор необходимо проводить с предохранением от обезуглероживания или (для устранения вредного влияния обезуглероженного слоя) подвергать их после термической обработки обдувке дробью.

Широкое применение для изготовления рессор автомашин и пружин подвижного состава железнодорожного транспорта имеют кремнистые стали 55С2 (А) и 60С2 (А). Сталь 60С2 (А) применяют также для изготовления пружин, работающих при температурах до 250 °С.

Необходимо учитывать, что при полировании диаметр проволоки уменьшается на 3-10%, что приводит к снижению силовых характеристик пружин.

Цилиндрические пружины нагревают в горизонтальном положении.

Для теплостойкости штампы заключены в кожухи с асбестовой теплоизоляцией 5. Нижний штамп 1 неподвижный. Верхний штамп 2 с помощью пневмоцилиндра 6, управляемого краном 7, может перемещаться в осевом направлении. Контроль температуры осуществляется термопарой 8. Закаленные пружины помещают на нижний штамп , прижимают верхним штампом 2 и выдерживают в течение нескольких минут при температуре отпуска.
Открыть все | Закрыть

• 1.Изготовление пружин; 2.Контроль качества пружин.ГОСТы.

Наличие современного контрольно-измерительного оборудования и использование разработанных методик обеспечивают проведение всесторонних испытаний применяемых материалов и изготавливаемых пружин Пружины подвергаются контролю геометрических размеров, твердости, характеристик сила-деформация и циклической выносливости. В отдельных случаях упругие элементы, предназначенные для эксплуатации в экстремальных условиях, проходят дополнительные проверки на наличие дефектов ультразвуковым исследованием, а также методами дефектоскопии и рентгенодиагностики. Такой контроль позволяет оперативно и качественно решать задачи, связанные с изготовлением широкого спектра изделий от пружин для железнодорожного транспорта и пружин для АЭС до высокоточных клапанных и форсуночных пружин.

ГОСТЫ

• ГОСТ 14963-78. ПРОВОЛОКА СТАЛЬНАЯ ЛЕГИРОВАННАЯ ПРУЖИННАЯ. Технические условия. Настоящий стандарт распространяется на стальную легированную проволоку круглого сечения со специальной отделкой поверхности и без специальной отделки поверхности, предназначенную для изготовления пружин, подвергающихся после навивки термической обработке (закалке и отпуску).
• ГОСТ 9389-75. ПРОВОЛОКА СТАЛЬНАЯ УГЛЕРОДИСТАЯ ПРУЖИННАЯ. Технические условия. Настоящий стандарт распространяется на стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления пружин, навиваемых в холодном состоянии и не подвергаемых закалке.
• ГОСТ 14959-79. ПРОКАТ ИЗ РЕССОРНО-ПРУЖИННОЙ УГЛЕРОДИСТОЙ И ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ. Технические условия. Настоящий стандарт распространяется на горячекатаный и кованый сортовой прокат диаметром или толщиной до 250 мм, а также прокат калиброванный и со специальной отделкой поверхности, предназначенный для изготовления пружин, рессор и других деталей машин и механизмов, применяемых в закаленном и отпущенном состоянии. В части норм химического состава стандарт распространяется на все другие виды проката, слитки, поковки и штамповки.
• ГОСТ 2.401-68. ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ ПРУЖИН. ЕСКД. Настоящий стандарт устанавливает условные изображения и правила выполнения чертежей пружин всех отраслей промышленности.
• ГОСТ 16118-70. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Технические условия. Настоящий стандарт распространяется на винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения из стали круглого сечения, отвечающие требованиям ГОСТ 13764-68-ГОСТ 13776-68, ГОСТ 2.401-68. Стандарт не распространяется на пружины, предназначаемые для работы при повышенных температурах, а также в агрессивных и иных средах, обязывающих к применению специальных материалов.
• ГОСТ Р 50753-95. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ ИЗ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ. Общетехнические условия. Настоящий стандарт распространяется на винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения из специальных сталей и сплавов, работающие при температуре от минус 253°С до плюс 800°С.
• ГОСТ 3057-90. ПРУЖИНЫ ТАРЕЛЬЧАТЫЕ. Общетехнические условия. Настоящий стандарт распространяется на тарельчатые пружины из рессорно-пружинной стали, работающие при температуре от минус 60°С до плюс 120°С. Стандарт не распространяется на пружины, предназначенные для работы в агрессивных или иных средах, обязывающих к применению специальных материалов. Стандарт устанавливает обязательные требования, обеспечивающие взаимозаменяемость и безопасность тарельчатой пружины.
• ГОСТ 13764-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ I КЛАССА ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Настоящий стандарт распространяется на пружины, предназначенные для работы в неагрессивных средах при температуре от минус 60°С до плюс 120 °С.
• ГОСТ 13765-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ И СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Обозначение параметров, методика определения размеров.
• ГОСТ 13766-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕСЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ I КЛАССА, РАЗРЯДА 1 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения I класса, разряда 1 с силами при максимальной деформации пружин (F3) от 1,00 до 850 Н.
• ГОСТ 13767-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ I КЛАССА, РАЗРЯДА 2 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения I класса, разряда 2 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 1,00 до 800 Н.
• ГОСТ 13768-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ I КЛАССА, РАЗРЯДА 2 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения I класса, разряда 3 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 140 до 6000 Н.
• ГОСТ 13769-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ I КЛАССА, РАЗРЯДА 4 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия I класса, разряда 4 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 2800 до 180000 Н.
• ГОСТ 13770-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ II КЛАССА, РАЗРЯДА 1 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения II класса, разряда 1 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 1,50 до 1400 Н.
• ГОСТ 13771-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ II КЛАССА, РАЗРЯДА 2 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения II класса, разряда 2 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 1,25 до 1250 Н.
• ГОСТ 13772-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ II КЛАССА, РАЗРЯДА 2 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения II класса, разряда 2 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 236 до 10000 Н.
• ГОСТ 13773-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ II КЛАССА, РАЗРЯДА 3 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения II класса, разряда 3 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 4500 до 280000 Н.
• ГОСТ 13774-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ III КЛАССА, РАЗРЯДА 1 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения III класса, разряда 1 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 12,5 до 1000 Н.
• ГОСТ 13775-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ III КЛАССА, РАЗРЯДА 2 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ. Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения III класса, разряда 2 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 315 до 14000 Н.
• ГОСТ 13776-86. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ III КЛАССА, РАЗРЯДА 3 ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ.
Основные параметры витков. Настоящий стандарт распространяется на пружины сжатия и растяжения III класса, разряда 3 с силами при максимальной деформации пружины (F3) от 6000 до 20000 Н.
• ГОСТ 18751-80. ПРУЖИНЫ КРУЧЕНИЯ К УПОРАМ. Конструкция и размеры.
• ГОСТ 18753-80. ПРУЖИНЫ ПЛАСТИНЧАТЫЕ ДЛЯ УПОРОВ СО СКОСОМ. Конструкция и размеры.
• ГОСТ 18764-80. ПРУЖИНЫ К КОЛОДОЧНЫМ ПРИЖИМАМ. Конструкция и размеры.
• ГОСТ 18794-80. ПРУЖИНЫ РАСТЯЖЕНИЯ. Конструкция и размеры. Взамен ГОСТ 18794-73.
• ГОСТ 18793-80. ПРУЖИНЫ СЖАТИЯ. Конструкция и размеры. Взамен ГОСТ 18793-73.
• ГОСТ 13165-67. ПРУЖИНЫ СЖАТИЯ ДЛЯ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ. Конструкция. Стандарт распространяется на пружины сжатия, предназначенные для стандартных фиксаторов с вытяжной ручкой, байонетных фиксаторов, реечных фиксаторов, самоустанавливающихся опор и плавающих зажимов.
• СТ ЦКБА 030-2006. ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ. Арматура трубопроводная. Общие технические условия.
• EN 10270-1 ЕВРОПЕЙСКИЙ СТАНДАРТ ЧАСТЬ 1. ПРУЖИННАЯ ПОТЕНСИРОВАННАЯ ПРОВОЛОКА.
Steel wire for mechanical springs — Part 1: Patented cold drawn unalloyed spring steel wire.
• EN 10270-2 ЕВРОПЕЙСКИЙ СТАНДАРТ ЧАСТЬ 2. ПРУЖИННАЯ ПРОВОЛОКА ЗАКАЛЕННАЯ В МАСЛЕ.
Steel wire for mechanical springs — Part 2: Oil hardened and temperedspring steel wire.
• EN 10270-3 ЕВРОПЕЙСКИЙ СТАНДАРТ ЧАСТЬ 3. ПРУЖИННАЯ ПРОВОЛОКА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ.
Steel wire for mechanical springs — Part 3: Stainless spring steel wire. Для изготовления автомобильных рессор применяют стали 60С2(А),50ХГ(А), 50ХФА, 50ХГФА и др.