Рессорно-пружинные стали общего назначения

Пружинно-рессорные стали общего назначения должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям и пределом выносливости при достаточной пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению; стали должны иметь повышенную релаксационную стойкость.

Для получения этих свойств стали содержат ³0,5% С и их подвергают закалке и отпуску при 400 – 520°С (табл. 3). Величина предела текучести углеродистых пружинных сталей после термической обработки обычно ³80 кгс/мм² и легированной стали – ³ 100 кгс/мм² (табл. 3).

Сталь должна обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью, что достигается выбором соответствующего состава. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки продуктов эвтектоидного или промежуточного превращения, феррита, перлита, а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям. Наличие обезуглероженного слоя на готовых пружинах резко снижает пределы упругости и выносливости.

Таблица 3

Режимы термической обработки и механические свойства

для пружинных сталей

Марка стали	Температура, °С	Механические свойства (не менее)
закалки	отпуска	s0,2, кгс/мм^2	sв,кгс/мм^2	d,%	y, %
65Г 50С2 55С2А 70С3А 60С2ХФА 60С2ВА 60С2Н2А						35 30 25 30 20 25 20 20 20

Для пружин малого сечения, закаливаемых в масле и испытывающих невысокие напряжения, применяют углеродистые стали 65, 70, 75, 85. В случае больших сечений (Æ 5 – 8мм) закалку углеродистых сталей производят в воде.

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали, содержащие 1,5 – 2,8% Si; 0,6 – 1,2% Мn; 0,2 – 1,2% Сr; 0,1 – 0,25% V; 0,8 – 1,2% W и 1,4 – 1,7% Ni. Эти элементы обеспечивают необходимую прокаливаемость и закаливаемость, измельчают зерно и повышают релаксационную стойкость стали.

Путем легирования можно повысить температуру отпуска (выше интервала развития необратимой отпускной хрупкости), что позволяет наряду с высоким сопротивлением малым пластическим деформациям получить хорошую пластичность и вязкость.

В промышленности наиболее часто применяют кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70С3А. Вследствие того, что кремний повышает прокаливаемость, задерживает распад мартенсита при отпуске и значительно упрочняет феррит, кремнистые стали (50С2, 55С2 и 60С2) имеют высокие пределы текучести и упругости, что обеспечивает хорошие свойства. Кремнистые стали применяют для пружин вагонов, многих автомобильных рессор, в станкостроении, для торсионных валов и др. Однако кремнистые стали склонны к обезуглероживанию, образованию поверхностных дефектов при горячей обработке и графитообразованию, что снижает предел выносливости. Дополнительное легирование кремнистых сталей Сr, Mn, W, Ni увеличивает их прокаливаемость и уменьшает склонность к обезуглероживанию, графитизации и росту зерна при нагреве.

Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие высокую прокаливаемость и хорошую прочность (см. табл. 3) и релаксационную стойкость, применяют для крупных высоконагруженных пружин и рессор. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А.

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по технологическим свойствам, превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, стали с ванадием не склонны к перегреву и обез­углероживанию. Однако эта сталь имеет малую прокаливаемость и может применяться только для пружин с сечением проволоки £ 5 – 6 мм. Для увеличения прокаливаемости сталь легируют марганцем (50ХГФА), который снижает ударную вязкость. Предел выносливости стали, а следовательно, и долговечность рессор и пружин резко снижается при наличии на поверхности различных дефектов (забоин, рисок, царапин и т.д.), играющих роль концентраторов напряжений. Поэтому к качеству поверхности рессорно-пружинной стали предъявляют высокие требования. Оптимальная твердость рессор для получения максимального предела выносливости – HRC 42 – 48; при более высокой твердости предел выносливости снижается.

Обычно пружины и рессоры для упрочнения подвергают за­калке и среднетемпературному отпуску. Однако лучшие свойства – особенно сопротивление хрупкому разрушению и усталостная прочность достигаются после изотермической закалки на нижний бейнит.

Повышение механических свойств (s_в, s_0,2, d, y, s_-1 и др.) и снижение порога хладноломкости пружинных сталей 50ХГА, 50ХГР, 60С2 и более сложнолегированных может быть достигнуто высокотемпературной термомеханической обработкой (ВТМО). Однако ВТМО наиболее эффективна в том случае, когда схема главных деформаций и напряжений при ее выполнении близка к той, которая возникает в упругих элементах в процессе их работы.

Срок службы рессор может быть повышен гидроабразивной и дробеструйной обработкой (поверхностным наклепом), создающим в поверхностных слоях остаточные напряжения сжатия, понижающие рабочие напряжения растяжения в наружных волокнах. После дробеструйной обработки предел выносливости повышается в 1,5—2 раза.

Нередко пружины изготовляют из патентированной холоднотянутой проволоки и холоднотянутой ленты. Чаще используют высокоуглеродистые стали 65,65Г, 70, У8, У10. Высокие механические свойства проволоки достигаются патентированием и последующей протяжкой при степени деформации не менее 70%. Предел прочности проволоки после 95%-ной деформации (диаметр проволоки 1,4 мм) достигает 260 кгс/мм². Предел упругости холоднотянутой проволоки составляет 40 – 50% от предела выносливости. Пружины после холодной навивки подвергают отпуску при 210 – 320°С для снятия напряжений, повышения предела упругости и релаксационной стойкости. Более часто применяется сталь I класса, поступающая в виде проволоки диаметром от 6,0 до 0,15мм и имеющая предел прочности 135 – 220 кгс/мм². Нагартованная лента имеет предел прочности 75 – 120 кгс/мм².

Дата добавления: 2014-12-23