Пружинні сталі й сплави

Сталі й сплави, які призначені для виготовлення пружних елементів у машинобудуванні (ресори, пружини, торсіони, амортизатори) й приладобудуванні (мембрани, пружини підвіски, пластини реле, сільфонів тощо), крім високих міцності й в'язкості, мають характеризуватися великими границею пружності, опором утомленості (σ_-1) у разі багатоциклових навантажувань і опором малим пластичним деформаціям (σ_0,005, σ_0,2)-

Разом із тим пластичність цих сталей має бути достатньою для виготовлення витих пружин та інших деталей методом деформування без руйнування за перевантажень. Вони мають також чинити опір змінам від утомленості за постійного коливального руху й виникнення власних коливань. Вимоги до опору втомленості й опору малим пластичним деформаціям, які випливають з умов роботи пружних елементів за циклічних навантажувань, визначають також підвищені вимоги до якості поверхні сталевого прокату, призначеного для виготовлення пружних елементів. Треба, щоб на поверхні такого прокату не було тріщин, раковин, розшарувань та інших дефектів.

Опір малим пластичним деформаціям за короткочасних статичних навантажувань характеризується границею пружності, а в разі тривалих або циклічних навантажувань — опором релаксації напружень (релаксаційною стійкістю). Релаксація напружень за певної деформації спричиняє перехід частини пружної дефор­мації в залишкову, що призводить до зміни розмірів і форми пружного елемента. При цьому погіршуються його пружні й експлуатаційні властивості. Механізм релаксації напружень унаслідок тривалих і циклічних навантажувань пояснюється мікропластичними деформаціями, які нагромаджуються в часі.

Для підвищення границі пружності й релаксаційної стійкості пружинних сталей їх легують, зміцнюють холодним пластичним деформуванням, піддають термічній обробці.

Пружинні сталі постачаються гарячекатаними, відпаленими або після високого відпускання.

За хімічним складом пружинні сталі (табл. 5.10) поділяють на:

· вуглецеві (65, 70, 75, 85);

· марганцевисті (60Г, 65Г, 70Г);

· кремнисті (50С2, 55С2, 55С2А, 60С2);

· хромокремнисті (60С2А, 70СЗА, 60С2ХА, 70С2ХА, 50ХСА);

· хромоманганові (50ХГ, 50ХГА, 55 ХГР, 60СГА);

· хромованадієві й хромоманганово-ванадієві (50ХФА, 50ХГФА, 60С2ХФА);

· нікель-кремнисті;

· вольфрамокремнисті (60С2Н2А, 65С2ВА).

Пружинні сталі мають характеризуватися високими загартовуваністю й прогартовуваністю. В результаті гартування по всьому об'єму необхідно забезпечити структуру мартенситу. Присутність інших структурних складових погіршує всі пружні властивості. Границя пружності загартованої на мартенсит сталі підвищується після відпускання на троостит, який характеризується стабільною структурою й, крім того, забезпечує часткове збільшення пластичності й в'язкості, що важливо для підвищення границі витривалості. Тому пружинні сталі піддають гартуванню й середньому відпусканню. Оптимальну структуру дістають патентуванням.

Опір малим пластичним деформаціям підвищується завдяки подрібненню зерна.

Невеликі пружини простої форми виготовляють із термічно обробленого холоднотягнутого дроту. Великі пружини виготовляють із відпаленого дроту, а термообробці піддається готовий виріб.

Підвищенню в 1,5...2 раза опору втомленості пружинних сталей сприяє поверхневий дробоструминний або гідроабразивний наклеп.

У промисловості для виготовлення пружних елементів (ресори, пружини вагонів, торсіонні вали) найчастіше використовують кремнисті сталі, які забезпечують високі пружні властивості. Недоліком кремнистих сталей є схильність їх до зневуглецьовування поверхневих шарів під час гарячої обробки. Це усувають за допомогою додаткового легування хромом, манганом, вольфрамом, нікелем. Нікель сприяє також підвищенню роботоздатності пружин в умовах великих динамічних навантажувань. Сталі 50ХФА, 50ХГФА, 60С2ХФА мають високу прогартовуваність, підвищену термостійкість, зменшену чутливість до поверхневих дефектів. їх використовують для виготовлення високонавантаже-них великогабаритних пружин і ресор. Найвищі механічні властивості за підвищеної чутливості до поверхневих дефектів мають сталі 70С3А, 60С2Н2А, 65С2ВА. Границя пружності цих сталей σ_0,01= 880... 1150 МПа при σ_тч > 1800 МПа. Чутливість до поверхневих дефектів зменшують методом поверхневого пластичного деформування (ППД).

Дата добавления: 2014-01-04