Пружинная сталь – самые упругие детали получаются из нее! Рессорная сталь: описание, характеристики, марка и отзывы.

Сталь рессорно-пружинная идёт на изготовление рессор, пружин, буферов и других деталей, применяемых в закалённом и отпущенном состоянии, работающих в условиях динамических и законопеременных нагрузок. Указанная сталь должна обладать высокими пределами упругости (текучести) и выносливости при достаточной пластичности и вязкости. Эти свойства достигаются после термической обработки (закалки и последующего среднего отпуска). В качестве рессорно-пружинной применяют углеродистую сталь с повышенным содержанием углерода, а для ответственного назначения - легированную сталь.

ГОСТ 14959-79 распространяется на горячекатаный и кованый сортовой прокат диаметром или толщиной до 250 мм, а также на прокат калиброванный и со специальной отделкой поверхности.

Стандарт классифицирует прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали по способу обработки, химическому составу и другим признакам.

По способу обработки прокат подразделяют на: горячекатаный и кованый со специальной отделкой поверхности, горячекатаный круглый с обточенной или шлифованной поверхностью.

По нормируемым характеристикам и применению прокат делят на категории 1, 1А, 1Б, 2, 2А, 2Б, 3, ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ, 4, 4А, 4Б. Прокат категорий 2, 2А, 2Б, 3, ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ предназначен для изготовления упругих элементов - рессор, пружин, торсионов и т.п.; категорий ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ - для изготовления автомобильных рессор и пружин; категорий 1, 1А, 1Б, 4, 4А, 4Б - для использования в качестве конструкционного материала. Прокат изготовляют в термически обработанном состоянии (отожжённом или высоко отпущенном) - категории 1А, 2А, 2Б, ЗВ, 4А или без термической обработки - категории 1, 1Б, 2, 2Б, 3, ЗБ, ЗГ, 4, 4Б.

По химическому составу сталь делится на качественную и высококачественную (в конце обозначения марки высококачественной стали ставится буква А). Массовая доля серы и фосфора в качественной стали составляет не более 0,035% (каждого элемента отдельно), а в высококачественной -- не более 0,025%.

В стали всех марок остаточная массовая доля меди не должна превышать 0,20%, а никеля - 0,25%.

Свойства, технические требования, термическая обработка, назначение.

Углеродистая рессорно-пружинная сталь более дешёвая, чем легированная, но отличается низкой коррозионной стойкостью и малой прокаливаемостью. Её используют лишь для изготовления пружин небольшого сечения. Легирование стали (кремнием, марганцем, хромом, а для деталей особо ответственного назначения также никелем, ванадием, вольфрамом) повышает прочностные свойства, прокаливаемость, предел выносливости и релаксационную стойкость.

В процессе релаксации часть упругой деформации переходит в пластическую (остаточную), поэтому пружины и рессоры с течением времени могут терять свои упругие свойства. Легированные стали, имея повышенную релаксационную стойкость, обеспечивают более надёжную работу машин, приборов, автоматов, чем углеродистые.

На предел выносливости рессорно-пружинной стали влияет состояние поверхности проката, так как наружные дефекты могут служить концентраторами напряжений и причиной образования усталостных трещин. Поэтому к качеству поверхности проката предъявляют повышенные требования. Так, например, на поверхности прутков, полос и мотков, предназначенных для горячей обработки и холодного волочения, не должно быть раскатанных пузырей, прокатных плен, закатов, раскатанных и раскованных загрязнений и трещин. Обезуглероживание поверхности также снижает усталостную прочность стали, поэтому глубина обезуглероженного слоя сталей регламентируется.

Высокие требования предъявляются также к макроструктуре стали: на изломах или на протравленных поперечных темплетах не должно быть остатков усадочнойаковины, рыхлости, пузырей, расслоений, трещин и других пороков.

Следует заметить, что упругие и прочностные свойства стали повышаются при применении изотермической закалки вместо обычной. Предел выносливости, а следовательно, и срок службы пружин и рессор может быть повышен дробеструйной и гидроабразивной обработкой (поверхностным наклепом).

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.

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.

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.

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

Сферы использования

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

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

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

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

Состав и производство

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

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

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

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

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

Маркировка

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

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

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

Характеристики

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

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

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

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

Основные требования

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

Перечень некоторых требований:

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

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

Особенности сталей

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

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

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

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

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и поглощения механической энергии. Пружины изготавливаются из материалов, имеющих высокие прочностные и упругие свойства. Пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3).

Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Пружины различают:

По конструкции:

Витые цилиндрические (винтовые);
. Витые конические (амортизаторы);
. Спиральные (в балансе часов);
. Плоские;
. Пластинчатые (например, рессоры);
. Тарельчатые;
. Торсионные;
. Жидкостные;
. Газовые.

По виду воспринимаемой нагрузки:

Пружины сжатия рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы;
. Пружины растяжения рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца;
. Пружины кручения могут быть двух видов: торсионные - стержень работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина) и витые пружины работающие на кручение;
. Пружины изгиба.

Рессора — упругий элемент подвески транспортного средства. Рессора передаёт нагрузку с рамы или кузова на ходовую часть (колеса, опорные катки гусеницы и т. д.) и смягчает удары и толчки при прохождении по неровностям пути.

Основные виды рессор:

Листовая рессора представляет собой пакет листов различной длины, изготовленных из закаленной стали и соединённых хомутами.. Листовая рессора работает на изгиб как упругая балка. В последнее время наблюдается тенденция к переходу от многолистовых к малолистовым и даже монолистовым рессорам, иногда — изготовленным из неметаллических материалов (композитов).

Современные рессоры часто для уменьшения массы делают не из металла, а из композитных материалов.

Разновидности листовых рессор:

Эллиптическая — в плане имеет форму, близкую к эллипсу; использовались в подвеске конных экипажей и ранних автомобилей; преимущество — большая мягкость и как следствие плавный ход; минус — технологическая сложность, малая прочность, большая чувствительность к продольным, поперечным и боковым силам, вызывающая огромный «увод» моста при работе подвески и S-образный изгиб при разгоне и торможении — соответственно, нарушение управляемости, громоздкость;
. 3/4-эллиптическая: имеет форму трёх четвертей эллиса; использовалась на экипажах и ранних автомобилях благодаря своей мягкости, к двадцатым годам вышла из употребления по тем же причинам, что и эллиптическая;
. Полуэллиптическая — в виде полуэллипса; наиболее распространённый тип; представляет собой компромисс между комфортабельностью, компактностью и технологичностью, широко распространена на грузовых автомобилях — до сих пор, на легковых — до середины 1970-х годов, исключительно на заднем мосту; «увод» моста при работе подвески и S-образный изгиб при разгоне и торможении присутствуют, но в меньшей степени, чем у предыдущих вариантов, и могут быть частично или даже полностью компенсированы введением в конструкцию дополнительных реактивных штанг;
. Четверть-эллиптическая — конструктивно это половина полуэллиптической; как упругий элемент, достаточно жёсткая; применялась, как правило, для создания независимой подвески, реже — зависимой.

Торсионная рессора. Основным рабочим элементом торсионной рессоры является торсион — упругий стержень, работающий на скручивание. Торсионные рессоры применяются, в основном, для подвесок бронемашин.

Пружинная рессора - в качестве рабочего упругого элемента используется пружина. Могут использоваться цилиндрические, конические, параболоидные или тарельчатые пружины.

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 (δ В) 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.