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.
Содержание
- Свойства рессорно-пружинной стали
- Классификация пружинных сталей
- Область использования пружинной стали
- Вам также могут быть интересны статьи:
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 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:
- По способу обработки:
- Кованный и горячекатаный.
- Калиброванный.
- Со специальной обработкой наружных поверхностей.
- Горячекатаный круглый с обточенной поверхностью.
- По химическому составу стали:
- Качественная.
- 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.
Источник: