Применение механических свойств рессорно-пружинной стали

Многие упругие элементы выполняют ключевую роль в работе различных узлов и механизмов. В процессе эксплуатации они подвергаются многочисленным знакопеременным нагрузкам, под воздействием которых обратимо деформируются, возвращая свою исходную форму и габариты после завершения нагрузки. Характерным отличием их функционирования является то, что при существенных статичных и ударных воздействиях они получают лишь упругое деформирование, а остаточное – не возникает.

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.

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 2019 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 %.

Рессорно-пружинные стали характеризуются довольно высоким модулем упругости. Этим показателем обладают углеродистые и легированные марки металла.

Легированные и углеродистые материалы

Этот вид материала используют для производства жестких (силовых) упругих элементов. Причиной именно такому применению стало то, что высокий модуль упругости этой стали сильно ограничивает упругую деформацию детали, которая будет произведена из рессорно-пружинной стали. Также важно отметить, что этот тип продукта является высокотехнологичным и в то же время довольно приемлемым по своей стоимости. Кроме использования в авто- и тракторостроении, этот вид материала также широко применяется для изготовления силовых элементов в различных приборах. Чаще всего детали, которые произведены из этой стали, называют одним общим названием — пружинные стали общего назначения.

Для того чтобы обеспечить необходимую работоспособность силовых упругих элементов, необходимо, чтобы рессорная сталь обладала высоким пределом не только упругости, но и выносливости, а также релаксационной стойкостью.

Свойства

Для того чтобы удовлетворить такие требования, как выносливость, упругость и релаксационная стойкость, применяются материалы с повышенным содержанием углерода. Процент содержания этого вещества в используемом продукте должен быть в пределах от 0,5 до 0,7 %. Также важно подвергать этот вид стали закалке и отпуску. Проводить эти процедуры необходимо при температуре от 420 до 520 градусов по Цельсию.

Стоит заметить, что рессорная сталь, закаленная на мартенсит, обладает малым коэффициентом упругости. Он значительно повышается лишь при отпуске, когда образуется структура троосита. Процесс гарантирует повышение пластичности стали, а также вязкости ее разрушения. Эти два фактора важны для того, чтобы снизить чувствительность к концентраторам напряжения, а также увеличить предел выносливости продукта. Можно добавить, что положительными качествами характеризуется также и изометрическая закалка на нижний бейнит.

Ножи

Рессорная сталь для ножа некоторое время являлась наиболее распространенным материалом, особенно среди владельцев автомобилей. Изготовление острых предметов действительно осуществлялось из старых рессор, которые пришли в негодность для использования в транспортном средстве. Применение ножей из такого необычного материала осуществлялось как для различных бытовых нужд, так и для обычной резки продуктов на кухне. Выбор именно на эту деталь пал не случайно. Было несколько причин, почему именно рессорная сталь стала основным материалом для самодельного производства хороших ножей.

Первая причина — это то, что из-за плохого качества дорог такая деталь как рессора, часто и быстро приходила в негодность. Из-за этого у многих автовладельцев этих узлов было в избытке. Детали просто лежали в гаражах. Доступность и стала первой причиной.

Вторая причина — это конструкция рессоры, которая включала в себя несколько листов углеродистой стали. Именно из этих элементов и можно было изготовить пару добротных ножей.

Третья причина — это высокая эластичность рессорной стали, которая позволяет проводить обработку материала, имея лишь минимальный набор инструментов.

Особенности ножей

Существенная причина, по которой именно этот вид стали стал обширно использоваться для производства ножей, — это состав самого продукта. На производстве данный состав получил название рессорно-пружинной стали 65Г. Как следует из названия, этот материал широко используется для производства рессор, пружин, шайб, а также некоторых других деталей. Стоимость именно этой марки стали считается одной из самых низких среди именно углеродистых материалов. Но при этом ее характеристики, то есть прочность, гибкость и ударная вязкость, находятся на высоте. Кроме того, твердость самой стали также увеличилась. Все эти особенности углеродистого металла также сыграли свою решающую роль при выборе материала для создания ножей.

Сталь 65Г

Рессорная сталь 65Г — это конструкционная высокоуглеродистая сталь, которая поставляется в соответствии с ГОСТом 14959. Такая марка относится к группе рессорно-пружинных сталей. Двумя наиболее важными требованиями, предъявляющимися к такому виду стали, являются высокая поверхностная прочность, а также повышенная упругость. Для того чтобы добиться необходимой прочности, в состав металла добавляют до 1 % марганца. Кроме того, чтобы достичь всех требуемых показателей, необходимо провести надлежащую термическую обработку деталей, изготовленных из этой марки.

Широкое и эффективное использование данного вида стали обусловлено тем, что она принадлежит к классу экономнолегированных, то есть дешевых. Основными ингредиентами этого продукта стали такие компоненты, как:

  • углерод, содержание которого составляет от 0,62 до 0,7 %;
  • марганец, содержание которого не превышает от 0,9 до 1,2 %;
  • содержание хрома и никеля в составе от 0,25 до 0,3 %.

Другие составляющие, которые входят в состав стали — сера, медь, фосфор и т. д. Это примеси, процентное содержание которых регламентируется государственным стандартом.

Термическая обработка

Существует несколько режимов термической обработки этого типа стали. Любой из них выбирается в соответствии с производственными требованиями, которые предъявляются к готовому продукту. Чаще всего используется два метода термической обработки, которые гарантируют получение необходимых свойств с химической и физической точки зрения. К этим способам относят нормализацию и закалку с последующим отпуском.

При проведении термической обработки необходимо правильно выбрать параметры температуры, а также времени, которое нужны для проведения операции. Чтобы верно выбрать эти характеристики, следует отталкиваться от того, какая марка стали используется. Так как материал марки 65Г принадлежит к доэвтектидному типу, то в составе этого продукта содержится аустенит, представленный в виде твердой механической смеси с небольшим количеством феррита. Аустенит является более твердым материалом с точки зрения структуры, чем феррит. Поэтому для проведения термической обработки стали 65Г, необходимо создавать более низкий интервал закалочных температур. Учитывая этот факт, подобные показатели для этого вида металла составляют от 800 до 830 градусов по Цельсию.

Режим закалки

Как закалить рессорную сталь? Необходимо создать нужный температурный режим, выбрать правильное время, а также верно рассчитать время и температуру отпуска. Для того чтобы придать стали все необходимые характеристики, которые задаются будущими техническими условиями эксплуатации детали, стоит провести нужную закалку. Для выбора подходящего режима проведения этой процедуры опираются на такие характеристики:

  • Важным является не только способ закалки, но и оборудование, которое используется для нагрева стали.
  • Подобрать необходимый температурный режим закалки.
  • Подобрать подходящий временной промежуток для закалки стали.
  • Выбрать нужную среду для проведений процесса закаливания.
  • Также важно правильно подобрать технологию охлаждения детали после процесса закаливания.

Марки рессорной стали

Поставка стали для изготовления рессоры осуществляется в виде полос. После этого из нее нарезают заготовки, закаливают, отпускают и собирают в виде пакетов. Марки рессорно-пружинной стали, такие как 65, 70, 75, 80 и т. д., характеризуются тем, что их релаксационная стойкость мала, особенно этот недостаток заметен при нагреве детали. Данные марки стали не могут быть использованы для работы в среде, температура которой превышает 100 градусов по Цельсию.

Существуют дешевые кремнистые марки 55С2, 60C2, 70СЗА. Их используют для изготовления пружин или же рессор, толщина которых не будет превышать 18 мм.

К более качественным маркам стали можно отнести 50ХФА, 50ХГФА. Если сравнивать с кремнемарганцовыми и кремнистыми материалами, то при отпуске температура намного выше — около 520 градусов. Из-за такой процедуры обработки эти марки стали характеризуются высокой теплостойкостью, а также малой чувствительностью к надрезу.

Автор perminoviv На чтение 6 мин. Опубликовано 21.04.2017

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.

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;

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

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.

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

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.

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.

Рессорно-пружинные стали – это специальные стали, которые предназначаются для производства различных упругих элементов, в частности пружин и рессор.

Рессорно-пружинные стали

Данный тип материала относится к высоко- и среднелегированным сталям. Главное отличие рессорно-пружинной стали от иных видов – это значительно увеличенный предел текучести данного материала. Другими словами можно сказать, что этот тип обладает высокой степенью упругости, то есть возвращается в исходные состояния и форму после устранения нагрузки. Это параметрическое свойство обусловлено областью применения рессор и пружин. В нормальном режиме работы они постоянно подвергаются сжатию/растяжению или упругой деформации и должны выполнять свои функции даже после большого цикла наложения и снятия деформации. Также данный материал должен обладать хорошей пластичностью и высокой стойкостью к хрупким разрушениям.

Основными легирующими элементами являются кремний, марганец, вольфрам и никель. Эти присадки увеличивают сопротивление пластическим и упругим деформациям путем измельчения зерна сплава. Готовым продуктом можно считать и проволоку, которую в дальнейшем применяют при изготовлении витых и компонованных пружин.

Свойства рессорно-пружинной стали

Основными характеристиками для данного вида сталей является высокое сопротивление упругим деформациям и низкий коэффициент остаточного растяжения. Это связано с недопустимостью увеличения или уменьшения конструкционного размера пружины.

Стальная пружина

Хороших конструкционных и эксплуатационных свойств добиваются, протягивая заранее патентированную проволоку при низких температурах, при этом производят сильную обтяжку материала.

Процесс патентирования ведется в промежутке между двумя вытяжками, сталь нагревают выше температурной точки образования аустенита и затем охлаждают в ванне с расплавом свинца, при этом аустенит переходит в тонкопластинчатый сорбит и увеличивается её механическая прочность.

Для достижения одинаковых физико-химических свойств по всему сечению материала пружинная сталь должна пройти процесс прокаливания сквозной методикой, это обеспечит гомогенную структуру по всему сечению. Особенно важен этот метод для изготовления рессор и пружин большого диаметра, когда неравномерность свойств исходного материала может привести к разрушению готового изделия.

Как для любого другого материала, для рессорно-пружинной стали характерно наличие в составе углерода. В данном случае его содержание может колебаться в пределе 0.50-0.80 % от массы сплава. Дополнительно используют такие легирующие добавки:

  • кремний – до 2.5 %;
  • марганец – до 1.3 %;
  • вольфрам – до 1.3 %;
  • никель – до 1.7 %.

Микроструктура рессорно-пружинной стали

Стоит заметить, что хром и марганец при совместном легировании увеличивают сопротивление стали низким пластичным деформациям. Никель и вольфрам образуют тонкую и однородную структуру карбидной фракции, которая препятствует дислокации.

Рессорно-пружинная сталь очень критична к деформациям наружного слоя материала, так как эти напряжения являются концентраторами возможных дефектов готового изделия.

Закалка данного типа производится при температурах 850 – 880 оС, но после такой термической обработки сталь проявляет слабые упругие свойства из-за образования мартенсита, для повышения данного типа свойств её отпускают при температурах порядка 420-510 оС, что способствует образованию троостита и повышению упругой деформации сплава до предела прочности 1200-1900 МПа и пределу текучести 1100-1200 МПа. При этом проведение закалки изотермически – при постоянной температуре – положительно сказывается на показателях пластичности и вязкости материала.

Стали данного типа обладают хорошими антикоррозионными свойствами из-за наличия в составе сплава таких легирующих добавок как хром и молибден. Это положительно сказывается на длительности эксплуатации и препятствует образованию трещин во время работы.

Стоит отметить так же несколько основных недостатков рессорно-пружинной стали:

  • плохая свариваемость – это обусловлено разрушением наружного слоя материала и локальном перегреве детали;
  • сложность резки – некоторые трудности возникают при попытках реза такого типа стали, связанно это напрямую с большим сопротивление деформации.

Классификация пружинных сталей

Для начала разберем маркировку такого типа материала, чаще всего она имеет вид «50А2БВГ», где:
50 – содержание углерода в долях процента;
А2 – легирующий элемент №1 и его содержание в процентах;
Б,В,Г – легирующие элементы №2,3,4 и т.д.

Важно! Если после обозначения легирующего элемента не стоит число, значит, его массовое содержание не превышает 1.5%, если число 2 – массовая доля больше 1,5%, но меньше 2,5%, если 3 – массовая доля выше 2,5%.

Например, сталь 50ХГФ – это сплав, в котором содержание углерода составляет 0,50%, и легирующие компоненты хром, марганец и ванадий составляют меньше 1,5%.

Если в маркировке стали есть только цифра, например, ст 50, ст 65 и др., это обозначает, что она относится к углеродистым сталям, а если в названии есть минимум 2 элемента, такая рессорно-пружинная сталь относится к легированным.

Рассмотрим основные классификации данного типа:

  1. По способу обработки:
    1. Кованный и горячекатаный.
    2. Калиброванный.
    3. Со специальной обработкой наружных поверхностей.
    4. Горячекатаный круглый с обточенной поверхностью.
  2. По химическому составу стали:
    1. Качественная.
    2. Высококачественная.

Марка рессорно-пружинной стали дает возможность определить её конструкционные и физико-химические свойства, определить область использования и возможности по механической обработке.

Область использования пружинной стали

Исходя из названия, можно сделать вывод, что данный вид предназначен для использования в областях, связанных с большими упругими деформациями, растяжением, скручиванием. Применяют такую сталь для изготовления всевозможных видов пружин для разнообразного технологического оборудования, полосок стали под рессоры, суппорты и прочее.
Основные области использования:

  • производство рессор автомобилей и тяжелой техники;
  • производство пружин для технологично оборудования, при этом это относится к пружинам на сжатие и растяжение;
  • пружины плоские, цилиндрические, сложные из прутков различных сечений и др.
  • упругие элементы тяжелой техники, станкового оборудования;
  • пружины тракторной техники и локомотивной техники;
  • ножи земельной техники;
  • блокировочные и тормозные устройства;
  • обоймы подшипников.

Рессора автомобиля

Рассмотрим сводную таблицу самых распространенных марок рессорно-пружинных сталей с указанием их маркировки и области применения:

Маркировка Основные легирующие компоненты Эксплуатационные особенности
50ХГ Хром, марганец Рессоры автомобилей, пружины железнодорожной техники
50ХСА Хром, кремний, азот Упругие элементы часовой техники
55ХГР Хром, марганец, бор Штамповка пластин рессор
60С2 Кремний Валы с нагрузкой на скручивание, цанги, подпружиненные шайбы
60Г Марганец Пружинные кольца, бандажи, тормозные башмаки
65 Детали, работающие в условиях высокого трения
65С2ВА Кремний, вольфрам, азот Рессоры и пружины, работающие под высокой динамической нагрузкой
70Г2 Марганец Ножи для землеройных машин
70С3А Кремний, азот Тяжело нагруженные пружины механизмов
85 Фрикционные диски с высокой прочностью

Как видно из таблицы, величина и количество легирующих присадок напрямую отвечают за износостойкость и механическую прочность деталей. Видно, что с повышение содержания углерода от 0,5% до 0,85% увеличивается прочность и упругость материала, хром препятствует образованию ржавчины, вольфрам повышает твердость и красностойкость стали, а марганец увеличивает стойкость к ударам.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Стали, предназначенные
для изготовления пружин и рессор, должны
допускать большие упругие деформации
и иметь пластические свойства,
обеспечивающие работу витых и других
пружин без поломок при перегрузках,должны
противостоять циклическим нагрузкам
(особенно колебательного характера). В
соответствии с этим стали для пружин и
рессор должны обладать высоким пределом
упругости и пределом выносливости,
достаточной вязкостью и пластичностью.
Предел текучести углеродистых пружинных
сталей после окончательной термической
обработки должен превышать 800 Н/мм2, а
легированных –1000 Н/мм2
. Показатели
пластичности должны быть δ≥5 % и ψ≥20%.
Углеродистые стали для пружин и рессор
имеют низкую коррозионную стойкость и
невысокую релаксационную стойкость.
Малая прокаливаемость этих сталей
ограничивает их применение – обычно
только для изготовления пружин и рессор
небольшого сечения
. Легированные стали
обладают более высокими прочностными
свойствами, повышенной вязкостью и
сопротивлением хрупкому разрушению,
более высокой релаксационной стойкостью,
возможностями закалки в масле и даже
на воздухе. Эти стали более предпочтительны
для изготовления пружин и рессор.
Механические свойства (минимальные)
рессорно-пружинных сталей предусмотрены
ГОСТ 14959-79
. Это стали: 65, 70,75, 85, 65Г,65Г2, 70Г,
60С2,48,70СЗА, 50ХГ, 55КГР, 60ГСА, 50ХГФА и др.
Режимы термической обработки: температура
закалки в масле 820…870°С, температура
отпуска 420…480°С.

Марки
стали

Назначения

65,
70, 75, 85

Плоские
пружины прямоугольного сечения
толщиной 3…12 мм (сталь 65); пружины из
проволоки диаметром 0,14…8 мм с холодной
навивкой; пружины различных размеров
с последующим отпуском при 300 °С (стали
70, 75 и 85); рессоры, пружины и бандажи
локомотивов (сталь70)

65Г

Плоские
и круглые пружины, рессоры, пружинные
кольца, шайбы, гровера и другие детали
пружинного типа, от которых требуются
высокие упругие свойства и повышенное
сопротивление изнашиванию

55ГС

Рессоры
толщиной 3…14 мм

50С2,
55С2

Рессоры,
подвески, натяжные пружины; детали,
рабо- тающие на переменный изгиб.
Обычно применяют полосовую сталь
толщиной 3…18 мм и желобчатую сталь
(для рессор) толщиной 7…13 мм. Механические
свойства ее в продольном и поперечном
направлениях различны
. Сталь склонна
к обезуглероживанию

60С2,
60С2А

Рессоры
из полосовой стали толщиной. 3…16 мм;,
пру-жины из полосовой стали толщиной
3…18 мм и из пру-жинной ленты толщиной
0,08…3 мм; витые пружины из проволоки
диаметром 3…12 мм
. Сталь склонна к
обезуглероживанию, устойчива против
роста зерна, обладает глубокой
прокаливаемостью. Максимальная рабочая
температура +250 °С

55ХГР

Для
изготовления рессорной полосы толщиной
3…16мм. Легирование бором повышает
предел упругости и модуль упругости
стали

32.Износостойкие стали.
Краткая характеристика

.
Марки

Износостойкие
стали применяются (используются) для
изготовления деталей машин, работающих
в условиях трения :

— шарикоподшипниковые,

— графитизированные,

— высокомарганцовистые.

Шарикоподшипниковые
стали (ШХ15, ШХ20) применяют для изготовления
шариков и роликов подшипников.

По химическому
составу (ГОСТ 801—78) и структуре эти стали
относятся к классу инструментальных
сталей.

Они содержат около
1% С и 0,6—1,5% Cr

Графитизированную
сталь (высокоуглеродистую, содержащую
1,5 — 2% С и до 2% Cr) используют для изготовления
поршневых колец, поршней, коленчатых
валов и других фасонных отливок,
работающих в условиях трения.

Графитизированная
сталь содержит в структуре ферритоцементитную
смесь и графит.

Марки графитизированной
стали У16 (ЭИ 336)

Количество графита
может значительно меняться в зависимости
от режима термической обработки и
содержания углерода.

Графитизированная
сталь после закалки сочетает свойства
закаленной стали и серого чугуна.

Графит в такой
стали играет роль смазки.

Высокомарганцовистую
cталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мn, применяют
для изготовления железнодорожных
крестовин, звеньев гусениц и т. п.

Эта сталь обладает
максимальной износостойкостью, когда
имеет однофазную структуру аустенита,
что обеспечивается закалкой (1000—1100°С)
при охлаждении на воздухе.

Закаленная сталь
имеет низкую твердость (НВ 200), после
сильного наклепа ее твердость повышается
до НВ 600.

Шарикоподшипниковые
стали

Стали для изготовления
деталей подшипников (колец, шариков,
роликов) считаются конструкционными,
но по составу и свойствам относятся к
инструментальным. Наибольшее применение
имеет высокоуглеродистая хромистая
сталь ШХ15
. Заэвтектоидное содержание
в ней углерода (0,95%) и хрома (1,3…1,65%)
обеспечивает получение после закалки
высокой равномерной твердости,
устойчивости против истирания и
достаточной вязкости. На качество стали
и срок службы подшипника вредно влияют
карбидные ликвации, полосчатость и
сетка
. На физическую однородность стали
50 вредно влияют неметаллические
(сульфидные и оксидные) и газовые
включения, макро- и микропористость.
Сталь ШХ15 применяют для деталей небольших
сечений. Для деталей более крупных
подшипников в целях улучшения их
прокаливаемости применяют
хромокремнемарганцевые стали ШХ15СГ и
ШХ20СГ.

Для изготовления
деталей крупногабаритных подшипников
для прокатных станов, железнодорожного
транспорта, работающих в тяжелых условиях
при больших ударных нагрузках, применяют
цементируемую сталь 20Х2Н4А.

33. Коррозионно-стойкие
(нержавеющие
)
стали
.
Углеродистые и низколегированные стали
подвержены коррозии, т. е. разрушаются
от химического воздействия окружающей
среды. По механизму протекания процесса
различают два вида коррозии: химическую
и электрохимическую
. Явления, возникающие
при электрохимической коррозии,
аналогичны процессам в гальваническом
элементе. Стали, устойчивые к
электрохимической коррозии, называют
коррозионно-стойкими (нержавеющими).
Антикоррозионными свойствами сталь
обладает в том случае, если она легирована
большим количеством хрома или хрома и
никеля.

Хромистые
коррозионно-стойкие стали
.
Содержание хрома в стали должно быть
не менее 12%. При меньшем содержании хрома
сталь не способно сопротивляться
коррозии, так как ее электродный потенциал
становится отрицательным
. Широко
применяют стали марок 12X13, 40X13, 12X17,08Х17Т.

Хромоникелевые
коррозионно-стойкие стали
.
Эти стали содержат большое количество
хрома и никеля, мало углерода и относятся
к аустенитному классу. Кроме аустенита
в этих сталях находятся карбиды хрома.
Для получения однофазной структуры
аустенита сталь, например марки 12Х18Н9,
закаливают в воде с температуры 1100…1150
°С. При этом достигается наиболее высокая
коррозионная стойкость, но прочность
сравнительно невысока
. Для повышения
прочности сталь подвергают пластической
деформации в холодном состоянии.

Хромоникелевые
стали аустенитного класса имеют большую
коррозионную стойкость, чем хромистые,
и их широко применяют в химической,
нефтяной и пищевой промышленности,
автостроении, транспортном машиностроении,
а также в строительстве.

Жаропрочные стали
и сплавы.
К
ним относят стали и сплавы, способные
работать в нагруженном состоянии при
высоких температурах в течение
определенного времени и обладающие при
этом достаточной жаростойкостью. На
уменьшение прочности стали влияет не
только само повышение температуры, но
и длительность действия приложенной
нагрузки
. В последнем случае под действием
постоянной нагрузки сталь «ползет»,
поэтому данное явление названо
ползучестью
. Для углеродистых и
легированных конструкционных сталей
ползучесть наблюдается при температурах
выше 350°С
. Факторами, способствующими
повышению жаропрочности, являются:

высокая температура
плавления основного металла; наличие
в сплаве твердого раствора и мелкодисперсных
частиц упрочняющей фазы; пластическая
деформация, вызывающая наклеп; высокая
температура рекристаллизации; рациональное
легирование; термическая и термомеханическая
обработка; введение в жаропрочные стали
в долях процента таких элементов, как
В, Се, Nb, Zn.

Жаропрочные стали
и сплавы классифицируют по основному
признаку –температуре эксплуатации.
Для работы при температурах до 350…400°С
применяют обычные конструкционные
стали (углеродистые и низколегированные).
Для работы при температуре 400…550°С
применяют легированные стали перлитного
класса, например 15ХМ, 12Х11МФ. Для этих
сталей основной характеристикой является
предел ползучести, так как они предназначены
главным образом для изготовления деталей
котлов и турбин, напримертруб паропроводов
и пароперегревателей, нагруженных
сравнительно мало,но работающих весьма
длительное время (до 100 000 ч)
. Эти стали
содержат мало хрома и поэтому обладают
невысокой жаростойкостью (до 550…600°С).
Для работы при температуре 500…600°С
применяют стали мартенситного класса:
высокохромистые, например 15Х11МФ для
лопаток паровых турбин; хромокремнистые
(называемые сильхромами), например
40Х9С2 для клапанов мототоров;
сложнолегированные, например 20Х12ВНМФ
для дисков, роторов, валов, турбин. Для
работы при температуре 600…750°С применяют
стали аустенитного класса, разделяемые
на неупрочняемые (нестареющие), например
сталь 09Х14Н16В, предназначаемая для труб
пароперегревателей и трубопроводов
установок сверхвысокого давления, и
упрочняемые (стареющие) сложнолегированные
стали, например сталь 45Х4Н14В2М, применяемая
для клапанов моторов, деталей трубопроводов,
и сталь 40Х15Н7Г7Ф2МС для лопаток газовых
турбин
. Жаростойкость сталей аустенитного
класса 800…850 °С
. Для работы при 800…1100°С
применяют жаропрочные сплавы на никелевой
основе, например ХН77ТЮР, ХН55ВМТФКЮ для
лопаток турбин
. Эти сплавы стареющие и
подвергаются такой же термической
обработке (закалке и старению), как и
стареющие стали аустенитного класса.
Жаростойкость сплавов на никелевой
основе до 1200°С.

B зависимости от
основной структуры, получаемой при
охлаждении стали на воздухе после
высокотемпературного нагрева,
коррозионностойкие и жаропрочные стали
делят на шесть классов. К мартенситному
классу относятся стали с основной
структурой мартенсита
. Они содержат до
17% Cr и небольшие добавки вольфрама,
молибдена, ванадия и никеля. Это стали
15X5, 20X13, 15ХМ, 20ХМ и др
. К мартенситно-ферритному
классу относятся стали, содержащие в
структуре, помимо мартенсита, не менее
10 % феррита
. Эти стали содержат 11…17% Cr и
небольшое количество других элементов.
Содержание углерода не превышает 0,15%.
Их термическая обработка заключается
в закалке с отпуском либо в нормализации
с отпуском
. Это стали 12X13,14Х17Н2, 15Х12ВНМФ,
18Х12ВМБФР. К ферритному классу относятся
стали, имеющие структуру феррита
. Они
содержат малое количество углерода, до
30% Cr и небольшие добавки титана, ниобия
и других элементов. Стали: 08X13, 12Х17Т,
15Х25Т, 15X28
. К аустенитно-ферритному классу
относятся стали, имеющие структуру
аустенита и мартенсита, количество
которых можно менять в широких пределах.
Стали: 20Х13Н4Г9, 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 09Х17Н7ЮЖ,
08Х17Н5М3
. К аустенитно-ферритному классу
относятся также стали, имеющие структуру
аустенита и феррита (феррита более 10
%)
. Особую группу сталей аустенитного
класса составляют экономно легированные
никелем и безникелевые стали.