Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Особой разновидностью стального сплава является рессорно-пружинная сталь. Пружинная сталь обладает рядом особенностей — очень высокий предел текучести, твердость, приемлемый уровень коррозийной устойчивости.

Такой материал может гнуться, изменять свою форму под действием внешних факторов. Во время сжатия он сохраняется все свои физические свойства (прочность, механическая устойчивость, химическая инертность).

Если такую пружину разжать, то материал вернется в свою обычную форму с сохранением всех физических свойств.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Основные сведения

Рессорно-пружинная сталь — сплав, который обладает очень высоким пределом текучести. Предел текучести — это физическое свойство какого-либо материала, характеризующее напряжение, при котором деформация продолжают расти без увеличения нагрузки. По факту этот показатель отражает способность материала сохранять свою форму при изгибе и скручивании.

Чем лучше материал сохраняют форму при деформации, тем выше у него предел текучести. Высокий предел текучести возникает в материале за счет специальных методов обработки (закалка, отпуск). Это отличает сталь-пружину от многих других стальных сплавов, которые обычно «обретают необычные свойства» за счет включения в их состав различных легирующих добавок.

В России для производства пружинной стали применяются низколегированные сплавы с минимальным количеством добавочных компонентов. В американских, европейских, азиатских странах также часто применяются среднеуглеродистые и высокоуглеродистые соединения, содержащие хром.

Также применяются соединения, содержащие большое количество марганца, никеля, кремния, вольфрама, азота.

Эти компоненты делают материал еще более пластичным, а также повышают его химическую инертность (то есть такой материал не будет вступать в реакцию с щелочами, кислотами, солями).

Как ясно из названия, пружинная сталь обычно применяется для производства пружин, торсионов, рессор, фортепианных струн, хомутов и многих других изделий.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Физические свойства

Перечислим основные физические свойства данного вида сталей:

  • Высокое сопротивление упругой деформации. Этот показатель отражает тот факт, как легко пластичный элемент подвергается сжатию при наличии внешних источников давления. В случае высокого сопротивления стальная пружина плохо поддается сжатию, что помогает детали восстановить свою естественную форму после разжатия.
  • Низкий коэффициент остаточного растяжения. При наличии внешнего источника давления такой материал принимает соответствующую форму. Однако после исчезновения такого источника давления деталь вновь принимает старую форму. Чем ниже коэффициент остаточного растяжения, тем слабее материал подвергается остаточной деформации при исчезновении внешнего источника давления.
  • Хорошая прочность. При сжатии стальной пружины деталь не трескается, сохраняется свою кристаллическую структуру, не рассыпается на несколько частей. Естественная прочность детали может быть повышена за счет внесения в состав стального сплава различных легирующих добавок (никель, хром, титан, свинец).
  • Неплохая коррозийная устойчивость (при наличии легирующих компонентов). Если пружина изготовлена из стали с большим содержанием хрома, то она будет хорошо выдерживать коррозию. Физика процесса выглядит так: при наличии в металле хрома на поверхности материала создается тонкая оксидная пленка. Такая пленка препятствует контакту железа с кислородом, азотом, что минимизирует риск возникновения ржавчины.
  • Химическая инертность (при наличии легирующих компонентов). Легирующие добавки на основе ванадия, вольфрама, алюминия, селена, кремния уменьшают вероятность контакта железа с внешними веществами. Поэтому при контакте металла с каким-либо химическим веществом окислительно-восстановительные реакции не возникают. Это делает пружину инертной в химическом смысле.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Легирующие добавки

Чтобы сталь-пружина стала упругой, она должна пройти прокаливание по всему своему сечению. Этот момент является очень важным. Если его проигнорировать, то высокий предел текучести возникнет только на отдельных фрагментах детали. Поэтому при длительном сжатии такая деталь может треснуть, надломиться или лопнуть.

При выборе стального сплава для изготовления пружинно-рессорного элемента нужно помнить о концентрации легирующих добавок. Оптимальная концентрация углерода в составе сплава — 0,5-0,7%.

Применение материала с более высоким содержанием углерода допускается, однако в этом нет большого практического смысла.

Ведь в таком случае значительно повышается риск растрескивания материала при длительной нагрузке, что делает сталь-пружину бесполезной.

Некоторые дополнительные требования относительно содержания легирующих добавок:

  • Кремний — не более 2,5%.
  • Марганец — до 1,1%.
  • Вольфрам — до 1,2%.
  • Никель — не более 1,7%.

Для получения рессорной стали используются закалка обычного стального материала. Закалку рекомендуется проводить при температуре порядка +800-900 градусов.

Во время закалки заметно повышается предел текучести, но одновременно с этим образуется большое количество мартенсита, который негативно влияет на упругость. Для разрушения мартенсита применяются различные технологии.

Оптимальная методика — это применение отпуска при средних температурах (400-500 градусов).

Недостатки пружинной стали

  • Плохая свариваемость. Закалка приводит к частичной деформации, разрушению наружного слоя материала. В случае сварки расплавление внешнего закаленного слоя может привести к созданию плохого, некачественного шва с трещинами.
  • Проблематичная резка. Рессорный стальной сплав обладает высоким сопротивлением упругой деформации, поэтому резать такой материал будет сложно.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Марки стальных сплавов

В соответствии с нормами ГОСТ любой металл маркируется с помощью специального короткого кода, который отражает количественный состав сплава. Код имеет буквенно-числовое обозначение. Структура кода такая — ЧЛ1Л2Л3. Расшифровывается код следующим образом:

  • Ч — это число, которая отражает содержание углерода в сотых или десятых долях процента.
  • Л1, Л2, Л3 — это легирующие добавки (буква) и ее содержание в целых долях процентах (число). Если возле обозначения добавки число отсутствует, то это значит, что элемент содержится в концентрации менее 1%. Обозначения для некоторых элементов: Х — хром, Н — никель, С — кремний, Г — марганец, В — вольфрам, А — азот.
  • Если легирующая добавка одна, то она записывается в виде Л1. При наличии дополнительных элементов легирующие добавки записываются в виде Л2, Л3 и так далее.
  • Для примера рассмотрим два сплава: 50ХГ и 65С2ВА. Сплав 50ХГ содержит 0,50% углерода, а также хром и марганец в концентрации менее 1%. Сплав 65С2ВА содержит 0,65% углерода, 2% кремния + вольфрам и азот в концентрации менее 1%.
Марка рессорно пружинной стали Концентрация углерода Наличие легирующих добавок, их количество Основные сферы применения марки
50ХГ 0,5% Хром и марганец в количестве менее 1% Рессоры автомобильной техники, пружины для железнодорожного оборудования
60Г 0,6% Марганец в концентрации менее 1% Пружинные кольца, тормозные башмаки автопоездов, мотоциклов
70С3А 0,7% Кремний (3%) и азот (менее 1%) Упругие пружины для тяжелых нагруженных механизмов
85 0,85% Легирующие добавки отсутствуют либо находятся в сплаве в незначительных концентрациях Сверхпрочные фрикционы в автоматических коробках передач
70Г2 0,7% Марганец в концентрации менее 2% Острые ножи для тяжелого сельскохозяйственного оборудования
60С2 0,6% Кремний в концентрации 2% Шайбы, валы с нагрузкой, разнообразные пружины
65 0,65% Легирующие добавки отсутствуют либо находятся в сплаве в незначительных концентрациях Пружины автоматических механизмов

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Технология закалки, отпуска пружинной стали

Чтобы получить металл с нужными физическими свойствами, применяется отпуск и закалка пружинной стали. Каждый из этапов имеет свои технологические особенности:

  • Сперва выполняется закалка пружинной стали при высоких температурах. Благодаря закалке заметно повышается предел текучести материала, что делает сталь упругой, ковкой, устойчивой.
  • Однако во время высокотемпературной закалки внутри сплава образуются мартенситные соединения, которые резко ухудшают упругость материала, делают его необычайно ломким и твердым.
  • Чтобы избавиться от мартенситных соединений следует применять отпуск пружинной стали при невысоких температурах. Во время такой обработки мартенситы разрушаются, что позволяет получить материал с нужными свойствами.

Обратите внимание, что температура и время обработки на каждом из этапов зависят от того, какие применяются марки пружинной стали. Для примера: марка рессорно пружинной стали 65Г должна проходить закалку при температуре +800-850 градусов, отпуск — при +200-300 градусах.

В ряде случаев закалка, отпуск комбинируются с процедурой нормализации металла. Эта процедура позволяет избавиться от лишних напряжений внутри металла, однако в большинстве случаев нормализация происходит сама собой во время остывания материала. Поэтому дополнительная обработка методом нормализации обычно не требуется.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Термическая закалка

Закалка пружинной стали проводится с учетом следующих параметров:

  • Методика нагрева металла, характер остывания материала, температура окружающей среды.
  • Состав металла, наличие и тип легирующих добавок, общая концентрация углерода.
  • Способ сохранения нужного температурного диапазона для проведения закалки.
  • Методика охлаждения материала после проведения закалки, способ хранения материала.

Малолегированные стали рекомендуется нагревать быстро. Ведь при медленном нагреве происходит постепенное испарение углерода, что критично для малолегированных материалов.

Однако со скоростью нагрева не нужно перестараться. Если нагрев будет идти очень быстро, то в таком случае может произойти неравномерный разогрев материала.

Из-за этого возрастает риск образования различных металлических дефектов (трещины, кромки, разрушение углов).

Оптимальным способом нагрева будет применения двух печей. В первой печи материал постепенно нагревается до 500-700 градусов, а потом он поступает во вторую печь, где происходит финальная закалка.

Для нагрева рекомендуется применять газовые печи. Однако во время нагрева следует следить за распределением тепла, чтобы избежать появления «термических островков» на металле.

Электрические печи нагреваются достаточно медленно, поэтому их применение в данном случае проблематично с практической точки зрения.

Единственное исключение из этого правила — закалка тонких металлов, которые не нуждаются в дополнительном равномерном прогреве по понятным причинам.

Время выдержки зависит от многих параметров, однако в среднем общее время закалки составляет 80 минут для пламенных печей и 20 минут для электрических установок. Определенное значение также имеет форма изделия.

При работе с плоским листами закалка может проводиться быстро. Тогда как в случае материала, обладающего сложной формой, рекомендуется выполнить дополнительный прогрев.

Читайте также:  Стяжка пола своими руками по грунту в частном доме

Оптимальный способ охлаждения материала — на открытом воздухе.

Финальный термический отпуск

Чтобы избежать появления твердых мартенситных фракций, нужно выполнить термической отпуск непосредственно сразу же после закалки. Температурный режим также зависит от того, какая марка рессорно пружинной стали подвергалась закалке. Для отпуска можно применять как пламенные, так и электрические печи. Тип печи будет также влиять на длительность отпуска.

Пример: сталь 65Г рекомендуется подвергать высокому отпуску при температуре +500-600 градусов. Способ охлаждения — воздушный. Время выдержки — 30-150 минут в зависимости от типа печи. После проведения закалки рекомендуется выполнить контрольные мероприятия. Однако делать это нужно только после полного остывания материала, чтобы не повредить сплав.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Заключение

Пружинная сталь обладает повышенным пределом текучести. Благодаря этому материал легко поддается сжатию, однако после разжатия он быстро восстанавливает свою естественную форму.

Как ясно из названия, из подобной стали делаются различные пружинистые соединения — рессоры, кольца, тормозные башмаки, фрикционы. Пружинную сталь получают путем закалки обычного стального сплава.

Для обработки подходят 50ХГ, 60Г, 70С3А, 85 и другие марки стали.

Пружинная сталь обладает несколькими недостатками. Главные минусы — это неудобная резка и проблематичная сварка.

Производство пружинистой стали выполняется в два этапа. На первом этапе материал помещают в электрическую или пламенную печь, где материал проходит термическую закалку. Во время этой процедуры повышается предел текучести, но одновременно с этим в металле образуется мартенсит.

Этот материал при затвердевании становится очень прочным, что негативно сказывается на свойствах металла. Поэтому после закалки необходимо обязательно выполнить термической отпуск. Подобная обработка позволит расплавить вредный мартенсит. Для отпуска можно применять те же самые печи, однако температуру в них нужно значительно снизить.

После отпуска металл рекомендуется поместить под открытый воздух, чтобы он смог самостоятельно остыть до комнатной температуры.

Используемая литература и источники:

  • ГОСТ 14959-79. Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия.
  • Статья в Википедии
  • ГОСТ 9389-75 Проволока стальная углеродистая пружинная. Технические условия.

Источник: https://martensit.ru/stal/pruzhinnaya-stal/

Рессорно-пружинные стали

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

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

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.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

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 %.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

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.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

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.

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/ressorno-prujinniye-stali.html

Рессорно-пружинные стали конструкционные, легированные, маркировка и термообработка | Строитель промышленник

05.09.2019

Рессорно-пружинные стали – это специализированные стали, которые предназначены для производства самых разных упругих компонентов, в особенности пружин и рессор.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Этот материал относится к высоко- и среднелегированным сталям. Основное отличие рессорно-пружинной стали от других видов – это существенно увеличенный предел текучести этого материала. Проще говоря необходимо заявить, что данный тип обладает большой степенью упругости, другими словами возвращается в исходные состояния и форму после устранения нагрузки.

Читайте также:  Желоб для стока воды: ливневые для отвода дождевой на земле, ливнестоки для канализации с крыши, водосток, водоотводные для крыши

Это параметрическое свойство вызвано сферой использования рессор и пружин. В нормальном рабочем режиме они регулярно подвержены сжатию/растяжению или упругой деформации и должны исполнять собственные функции даже после большого цикла наложения и снятия деформации.

Также этот материал должен владеть высокой эластичностью и большой устойчивостью к хрупким разрушениям.

Ключевыми легирующими элементами считаются кремний, марганец, вольфрам и никель. Эти присадки делают больше сопротивление пластическим и гибким деформациям благодаря измельчению зерна сплава. Готовым продуктом можно считать и проволоку, которую в последующем используют во время изготовления витых и компонованных пружин.

Свойства рессорно-пружинной стали

Ключевыми свойствами для этого вида сталей считается высокое сопротивление гибким деформациям и невысокий показатель остаточного растяжения. Это связано с недопустимостью увеличения или уменьшения конструкционного размера пружины.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Хороших эксплуатационных и конструкционных свойств добиваются, протягивая заблаговременно патентированную проволоку при низкой температуре, при этом делают сильную обтяжку материала.

Процесс патентирования проводится в промежутке между 2-мя вытяжками, сталь греют выше температурной точки образования аустенита и потом охлаждают в ванной с расплавом свинца, при этом аустенит переходит в тонкопластинчатый сорбит и возрастает её механическая крепость.

Для достижения похожих физико-химических параметров по всему сечению материала пружинная сталь должна пройти процесс прокаливания сквозной методикой, это даст однородную структуру по всему сечению. Очень важен такой способ для производства рессор и пружин крупного диаметра, когда неравномерность параметров начального материала может привести к разрушению готового изделия.

  Смартфоны Samsung с большим экраном – рейтинг лучших

Как для любого иного материала, для рессорно-пружинной стали отличительно наличие в составе углерода. В этом случае его содержание колеблется в границе 0.50-0.80 % от массы сплава. Также применяют такие легирующие добавки:

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

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Микроструктура рессорно-пружинной стали

Необходимо сказать, что хром и марганец при совместном легировании делают больше сопротивление стали невысоким пластичным деформациям. Никель и вольфрам образовывают тонкую и гомогенную структуру карбидной фракции, которая мешает дислокации.

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

Закалка этого типа выполняется при температуре 850 – 880 о С, впрочем после такой термообработки сталь проявляет слабые упругие свойства из-за образования мартенсита, для увеличения этого типа параметров её отпускают при температуре порядка 420-510 о С, что помогает появлению 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 – хорошо сказывается на показателях пластичности и вязкости материала.

Стали этого типа обладают хорошими антикоррозионными качествами благодаря наличию в составе сплава подобных легирующих добавок как хром и молибден. Это хорошо сказывается на продолжительности эксплуатации и мешает появлению трещин в рабочий период.

Нужно отметить также несколько главных минусов рессорно-пружинной стали:

  • плохая свариваемость – это вызвано разрушением наружного слоя материала и локальном перегреве детали;
  • сложность резки – определенные сложности появляются при попытках реза данного типа стали, связанно это напрямую с большим сопротивление деформации.

Классификация пружинных сталей

Для начала разберем маркировку данного типа материала, очень часто она содержит вид «50А2БВГ», где:50 – содержание углерода в долях процента;А2 – легирующий компонент №1 и его содержание в процентах;

Б,В,Г – легирующие детали №2,3,4 и т.д.

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

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

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

Рассмотрим главные спецификации этого типа:

  1. По методу обработки:
    1. Кованный и горячекатаный.
    2. Калиброванный.
    3. С особенной обработкой наружных поверхностей.
    4. Горячекатаный круглый с обточенной поверхностью.
  2. По химическому составу стали:
    1. Качественно сделанная.
    2. Очень качественная.

Марка рессорно-пружинной стали позволяет определить её конструкционные и физико-химические свойства, определить сфера применения и возможности по обработке механическим путем.

Сфера применения пружинной стали

Исходя из названия, делаем вывод, что этот вид предназначается для применения в регионах, которые связаны с большими упругими деформациями, растяжением, скручиванием. Используют такую сталь для производства самых разных видов пружин для разного тех. оборудования, полосок стали под рессоры, суппорты и другое.Главные областиприменения:

  • производство рессор автомобилей и тяжёлой техники;
  • производство пружин для технологично оборудования, при этом это можно отнести к пружинам на сжатие и растяжение;
  • пружины плоские, цилиндрические, непростые из прутьев самых разных сечений и др.
  • упругие детали тяжёлой техники, станочного оборудования;
  • пружины тракторной техники и локомотивной техники;
  • ножи земельной техники;
  • блокировочные и тормозные устройства;
  • обоймы подшипников.

Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Рассмотрим сводную таблицу наиболее популярных марок рессорно-пружинных сталей с указыванием их маркировки и сфере использования:

Маркировка Главные легирующие элементы Особенности эксплуатации
50ХГ Хром, марганец Рессоры автомобилей, пружины ЖД техники
50ХСА Хром, кремний, азот Упругие детали 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 ботинки
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 Сложно нагруженные пружины механизмов
85 Фрикционные диски с большей прочностью

  Как выбрать постельное белье какое лучше купить хорошего качества

Как видно из таблицы, величина и кол-во легирующих присадок напрямую отвечают за устойчивость к износу и механическую крепость деталей. Видно, что с увеличение содержания углерода от 0,5% до 0,85% возрастает крепость и упругость материала, хром мешает появлению ржавчины, вольфрам увеличивает твердость и красностойкость стали, а марганец повышает устойчивость к ударам.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: http://prombuilder.ru/jeto-interesno/ressorno-pruzhinnye-stali-konstrukcionnye.html

29. Конструкционные легированные стали и их термообработка (цементуемые, улучшаемые. Рессорно-пружинные стали)

Наибольшее
число деталей выполняют из легированных
конструкцион­ных сталей перлитного
класса. В термически обработанном
состоянии леги­рованные конструкционные
стали обладают более высоким комплексом
меха­нических характеристик, чем
углеродистые, поэтому их необходимо
обязательно подвергать тер­мической
обработке – закалке и отпуску.

В
отличие от углеродистых сталей, которые
имеют малую прокаливаемость, легиро­ванные
стали имеют более высокую прокаливаемость
(прокаливаются насквозь изделия до
диаметра 300 мм и более, против 15).

Более
мягкая закалка (охлаждение, например,
в масле) вызывает в изде­лиях,
изготовленных из легированных сталей,
меньшие структурные и терми­ческие
напряжения. Это позволяет закаливать
изделия более сложной конфигу­рации,
уменьшает поводку и соответственно
припуски на механическую обра­ботку.

Конструкционные
легированные стали подразделяют на
цементуемые и улучшаемые, рессорно-пружинные,
строи­тельные стали.

К
цементуемым относят малоуглеродистые
стали с содержанием углеро­да до
0,20-0,25 %.
Если
их подвергают цементации, то термическую
обработку производят по режимам, принятым
для цементуемых изделий. Если же эти
ста­ли применяют без цементации, то
их подвергают закалке в масле и низкому
от­пуску (150-200 °С).

В результате получают
малоуглеродистый, отпущенный мартенсит,
обладающий высоким пределом прочности
на разрыв и достаточной пластичностью.
В ряде случаев (повышенные температуры
эксплуатации и др.) Их подвергают закалке
в масле и высокому отпуску.

В качестве
цементуемых сталей применяют такие
стали, как 15Х, 20Х, 20Н2М, 18ХГТ, 20ХНР, 12ХНЗА,
18Х2Н4МА и др.

К
улучшаемым относят среднеуглеродистые
стали, содержащие от 0,25 до 0,5 % С. Наиболее
распространёнными из них являются
хромистыестые 40Х, 30Х… и марганцовистые
(ЗОГ, 40Г, 40Г2 и т. п.

), хромоникеливые (40ХН,
50ХН, ЗОХНЗА и др.) хромокремнемарганцовые
(25ХГСА, ЗОХГС, ЗОХГСА и пр.),
хромоникельмолибденовые (30ХН2МА,
40Х2Н2МА, 38ХНЗМА и т, д.

) и более сложные
по составу (30ХН2МФА, 38Х2МЮА 30ХГСН2А и
др.).

Термическая
обработка этих сталей состоит из закалки
в масле и высоко­го отпуска (550-650 °С).
Структура сталей после такой обработки
(улучшения) – сорбит.

Рессорно-пружинные
легированные сдали бывают марганцовые
(60Г, 70Г и другие), кремнистые (55С2. 60С2,
70СЗА и др.) и более сложного состава
(50ХГА, 50ХФА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 60С2Н2А, 70С2ХА и
др.). Термическая обработка пружин и
рессор, изготовленных из этих сталей,
состоит из закалки с охлаждением в масле
и среднего отпуска (420-480 °С) на структуру
тростит.

30. Дефекты легированных сталей (дендритная ликвация, отпускная хрупкость, флокены)

ЛИКВАЦИЯ
— неоднородность сплава по химич.
составу, структуре и неметаллич.
включениям, образ, при кристаллизации
слитка, непрерывно-литой заготовки и
отливки. Л. возникает в рез-те того, что
сплавы, в отличие от чистых металлов,
кристаллизуются не при одной темп-ре,
а в интервале темп-р.

При этом состав
кристаллов, образ, в начале затвердевания,
может существ, отличаться от состава
последних порций кристаллиз. маточного
р-ра. Дендритная (внутрикристаллитная)
ликвация — ликвация внутри одного
дендрита (кристаллита, зерна), определ.

Читайте также:  Гидроизоляция пола в каркасном доме: выбор материалов, проведение работ, видео

интервалом и скоростью кристаллизации;
следствие неравномерности кристаллизации
в условиях огранич. диффузии.

Недостатком
некоторых легированных улучшаемых
сталей, особенно содержащих Сr,
Мn,
повышенный
С
(более 0,001 %), а также Ni,
Si,
Аl,
является их склонность к отпускной
хрупкости.

Уменьшение ударной вязкости
при отпуске с температуры в районе 300
°С (отпускная хрупкость I рода) присуще
почти всем сталям и является не­обратимым
явлением, одной из причин её является
неоднородность распада ос­таточного
аустенита и мартенсита, но природа этого
явления полностью неясна.

При отпуске
с нагревом до 550-650 °С и медленном
охлаждении наблюдают отпускную хрупкость
II рода. Отпускную хрупкость II рода
объясняют выделе­нием при медленном
охлаждении дисперсных частиц карбидов
(третичных), нитридов, фосфидов и других
химических соединений, которые
располагаются в основном по границам
зёрен, а также восходящей диффузией
фосфора к границам зёрен.

Это и снижает
в отпущенной стали ударную вязкость.
При быст­ром охлаждении изделий при
высоком отпуске (в воде или масле) падение
ударной вязкости не наблюдают. ФЛОКЕНЫ
— внутр. трещины (дефекты) в стальных
поковках и прокатной продукции (иногда
в слитках и отливках). На шлифов, и
протравл. темплетах ф. выявл. в виде
тонких волосных трещин, а в изломе закал,
образцов предст.

овальные кристаллич.
серебристо-белые пятна, отличающиеся
от осн. пл. излома. Ф. обычно располаг. в
ср.части поковки в ликвац. участках,
обогащ. С, Р, S, и не имеют определ.
ориентировки. Ф. пониж. пла-стичн. и вязк.
стали, сокращают срок службы изделий и
приводят к неожид. авариям. Наибольшую
флокеночувствит-ть имеют углерод, и
легир.

стали мартенсит, и перлит, классов
(конструкц., подшипн., брон., рельс, и
т.п.); в сталях аустенит. и ледебурит,
классов (нерж., быстрореж.) ф. практич.
не встреч. Осн. причина образов, ф. —
присут. в стали повыш. кол-ва Н (> 2 ррт),
а наиб, вероятный механизм этого процесса
— диффузия и адсорбция Н на пов-тях
микронесплошн. кристаллич. решетки; при
этом происх.

молизация Н, его давл. в
микронесплошн. вызывает микронапряжения,
превыш. прочн. металлич. основы, что
приводит к разруш. (разрыву), т.е. образов,
ф. Значит, стимулир. роль в образов, зон
с повыш. адсорбцией Н играют внутр.
растягив. напряж., возник, в стали при
структурных превращ., пла-стич. деформации
и неравномерном охлажд. Сниж. сопротивл.
металла разруш.

в местах концентр,
напряж. у скоплений дефектов кристаллич.
решетки, неметаллич. включений, ликвац.
неоднородностей тж. способст. возник-нов.
ф. Способы борьбы с ф.: вакуумиров. жидкой
стали, при к-ром содерж. Н сниж. до
безопасного уровня, а тж. длит, изотермич.
(обез-водорож.) отжиг заготовок или
изделий при 650-750 “С. Продолж-ть отжига
зависит от их сеч.

Источник: https://studfile.net/preview/1853205/page:13/

Марки пружинной стали – свойства и сфера применения

К конструкционным углеродистым или высокоуглеродистым относят сталь рессорно – пружинную.

Для придания ей узконаправленных свойств легируется в небольших количествах 2-3 элементами, в общей сумме до 2,5 %. Но применение этих марок сталей не ограничивается только изготовлением пружин.

Называют эту группу так, из-за того, что название  это наиболее сильно отражает их главную особенность — упругость.

Характеристики пружинных сталей

Пружинные стали характеризуются повышенным пределом текучести (δВ) и упругости. Это важнейшая характеристика металла — выдерживать механические нагрузки без изменений своей первоначальной формы. Т.е. металл, подвергающийся растяжению или наоборот сжатию (упругой деформации), после снятия с него действующих сил, должен оставаться в первоначальной форме (без остаточной деформации).

Марки и область применения пружинной стали

По наличию дополнительных свойств пружинная сталь подразделяется на легированную (нержавеющую)  и углеродистую. За основу легированной стали берется углеродистая с содержанием С 65-85 % и легируется 4 основными элементами, всеми или выборочно, каждый из которых вносит свои особенности:  

  1. хром;
  2. марганец;
  3. кремний;
  4. вольфрам.   

Хром — при концентрации более 13 % работает на обеспечение коррозионной стойкости металла. При концентрации хрома около 30 % изделие может работать в агрессивных средах: кислотной (кроме серной кислоты), щелочной, водной. Коррозионная пружинная сталь всегда легируется вторым сопутствующим элементом — вольфрамом и/ или марганцем. Рабочая t до 250 °C.

Вольфрам — тугоплавкое вещество. При попадании его порошка в расплав, образует многочисленные центры кристаллизации, измельчая зерно, что приводит к повышению пластичности без потери прочности. Это привносит свои плюсы: качество такой структуры остается очень высоким при нагреве и интенсивном истирании поверхности.

При термической обработке этот элемент сохраняет мелкозернистую структуру, исключает разупрочнение стали при нагреве (в процессе эксплуатации) и дислокацию.

Во время закалки увеличивает прокаливаемость, в результате чего структура получает однородность на большую глубину, что в свою очередь увеличивает эксплуатационный срок изделия.  

Марганец и кремний — обычно участвуют в легировании обоюдно, причем соотношение всегда увеличивается в пользу марганца, примерно до 1,5 раз. Т. е. если содержание кремния 1 %, то марганец добавляется в количестве 1,1-1,5 %.

Тугоплавкий кремний является не карбидообразующим элементом. При попадании его в расплав одним из первых принимает участие в кристаллизации, выталкивая при этом карбиды углерода к границам зерен, что соответственно приводит к упрочнению металла.  

Марганец можно назвать стабилизатором структуры. Одновременно искажая решетку металла и упрочняя его, марганец устраняет излишнюю прочность кремния.     

В некоторые марки сталей (при работе изделия в высокотемпературных условиях, при t выше 300 ºC) в сталь присаживают никель. Он исключает образование карбидов хрома по границам зерен, которые приводят к разрушению матрицы.

Ванадий также может являться легирующим элементом, его функция похожа на действие вольфрама.

В пружинных марках оговаривается такой элемент как медь, содержание ее не должно превышать 0,15 %. Т. к. являясь легкоплавким веществом, медь концентрируется на границах зерен, снижая прочность.

К пружинным маркам относят: 50ХГ, 3К-7, 65Г, 65ГА, 50ХГФА, 50ХФА, 51ХФА, 50ХСА, 55С2, 55С2А, 55С2ГФ, 55ХГР, 60Г, 60С2, 60С2А, 605, 70, 70Г ,75, 80, 85, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 68А, 68ГА, 70Г2, 70С2ХА, 70С3А, 70ХГФА, SH, SL, SM, ДМ, ДН, КТ-2.

Марки такой стали используются для изготовления не только пружин и рессор, хотя это основное их назначение, которое характеризует основное свойство.

Их применяют везде, где есть необходимость предать изделию упругость, одновременно пластичность и прочность. Все детали, которые изготавливают из этих марок, подвержены: растяжению и сжатию.

Многие их них испытывают нагрузки, периодически сменяющие друг друга, причем с огромной циклической частотой. Это:

  • корпуса подшипников, которые испытывают в каждой точке сжатие и растяжение с высокой периодичностью;
  • фрикционные диски, испытывающие динамические нагрузки и сжатие;
  • упорные шайбы, основное время они испытывают нагрузки на сжатие, но к ним можно присовокупить и резкое изменение на растяжение;
  • тормозные ленты, для которых одним из главнейших задач является упругость при многократно повторяющемся растяжении. При такой динамике с усиленным старением и износом более прочная сталь (с меньшей упругостью) подвержена быстрому старению и внезапному разрушению.

Тоже касается и шестерней, фланцев, шайб, цанг и т. д.  

Маркировка

Пружинно-рессорные стали можно сгруппировать по позициям:

  • нелегированные с содержанием углерода 65-85 % — недорогая сталь общего назначения;
  • марганцево-кремниевые — наиболее дешевая с высокими физико-химическими показателями;
  • хромо-марганцевые — нержавеющая сталь, работает в агрессивных средах при t -250 +250 C;
  • дополнительно легированные и/или вольфрамом, ванадием, бором — представляют собой стали с повышенным ресурсом работы благодаря однородной структуре, отличным соотношением прочности и пластичности благодаря измельченному зерну и выдерживает высокие механические нагрузки. Используются на таких объектах как ЖД транспорт.

Маркировка пружинных сталей проводиться следующим образом. Разберем на примере 60С2ХФА:

  • 60 — процентное содержание углерода в десятых долях (углерод не указывается в буквенном значении);
  • С2 — буквенное обозначение кремния с индексом 2, обозначает увеличенное стандартное содержание (1-1,5 %) в 2 раза;
  • Х — наличие хрома до 0,9-1 %;
  • Ф — содержание вольфрама до 1 %;
  • А — добавленный буквенный индекс А в конце маркировки обозначает минимальное содержание вредных примесей фосфора и серы, не более 0,015 %. 

Производство

В зависимости от дальнейшей обработки и окончательно вида детали, сталь поставляется в листах, проволоке, шестигранниках, квадратах. Высокие эксплуатационные качества изделия обеспечиваются 2 составляющими:

  1. структурой металла, которая определяется химическим составом и последующей обработкой;
  2. наличием в структуре неметаллических включений, точнее минимальным количеством и размерами, что устраняется на этапе выплавки и разливки;
  3. формой детали (спираль, дуга) и ее размерами, что определяется расчетным методом.

При растягивании пружины, внутренние и наружные стороны витков испытывают различные степени нагрузки: внешние меньше подвержены растяжению, в то время как внутренние испытывают наибольшую степень деформации.

Тоже касается и концов пружины: они служат местом крепления, что увеличивает нагрузку в этих и граничащих местах. Поэтому разработаны марки стали, которые предпочтительно используются на сжатие либо растяжение.

Термомеханическая обработка

Все без исключения пружинные стали повергаются термомеханической обработке. После нее прочность и износостойкость способна увеличиться в 2 раза.

Форму изделию придают в отожженном состоянии, когда сталь имеет максимально возможную мягкость, после чего нагревают до 830-870 С и охлаждают в масляной или водной среде (только для марки 60 СА).

Полученный мартенсит отпускают при температуре 480 ºC.

Все требования и рекомендации к этому виду стали описаны в ГОСТ 14959-79. На их основании предприятием разрабатываются более детальные технологические листы, которые отвечают узким параметрам.

Источник: https://prompriem.ru/stati/pruzhinnaya-stal.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector