Классификация и свойства рессорно-пружинных сталей
Рессорно-пружинные стали – это специальные стали, предназначенные для изготовления упругих элементов.
К основным характеристикам рессорно-пружинных сталей относятся низкий коэффициент остаточного растяжения и высокое сопротивление упругим деформациям, что связано с недопустимостью уменьшения или увеличения конструкционного размера пружин. Хорошие эксплуатационные и конструкционные свойства рессорно-пружинных сталей достигаются за счет протягивания заранее патентированной проволоки при низкой температуре, при этом также осуществляется сильная обтяжка материала. Пантентирование осуществляется между двумя вытяжками. Сталь нагревается выше температуры при которой образуется аустенит и после этого она охлаждается в ванне с расплавом свинца. Цель этого процесса - превращение аустенита в тонкопластинчатый сорбит, что способствует увеличению механической прочности стали.
Для того, чтобы достичь одинаковых физико-химических свойств по всему сечению материала сталь подвергается сквозному прокаливанию, что обеспечивает гомогенную структуру по всему сечению материала. Для рессорно-пружинной стали характерно наличие углерода. Его содержание составляет от 0,5 до 0,8 %. Легирующими элементами рессорно-пружинной стал являются кремний - до 2,5 %, никель - до 1,7 %, марганец - до 1,3 %, вольфрам - до 1,3 %, хром - до 1 %. Марганец и хром увеличивают сопротивление стали низким пластичным деформациям. Наличие никеля и вольфрама способствует образованию тонкой и однородной структуры карбидной фракции, которая препятствует дислокации.
Закалка рессорно-пружинной стали осуществляется при температуре от 850 до 880 градусов по Цельсию. Однако, после такой обработки у стали проявляются лишь слабые упругие свойства, причиной этого является образование мартенсита. Для увеличения этих свойств сталь подвергается отпуску. Температура процесса составляет от 420 до 510 градусов по Цельсию. Такая температура способствует образованию троостита и увеличению упругой деформации сплава до предела прочности от 1200 до 1900 мегапаскалей, а предел текучести в данном случае может достигать 1200 мегапаскалей. Если закалка осуществляется изотермически при постоянной температуре, то также улучшаются показатели вязкости и пластичности.
Рессорно-пружинные стали обладают хорошими антикоррозионными свойствами, благодаря наличию хрома и молибдена, что увеличивает срок эксплуатации изделий и препятствует образованию трещин. К основным недостаткам рессорно-пружинных сталей можно отнести:
- Плохую свариваемость. Данный недостаток обусловлен разрушением наружного слоя материала или локальным перегревом изделия.
- Сложность резки. Данный недостаток обусловлен большим сопротивлением к деформации.
Основными признаками для классификации рессорно-пружинных сталей являются:
- Способ обработки. Согласно данному признаку рессорно-пружинные стали делятся на кованые, горячекатаные, калиброванные, горячекатаные круглые с обточенной поверхностью и стали со специальной обработкой наружных поверхностей.
- Химический состав. Согласно данному признаку рессорно-пружинные стали делятся на качественные и высококачественные.
Марка рессорно-пружинной стали предоставляет возможность определить ее физико-химические свойства, область применения, конструкционные свойства и возможности механической обработки.
Марки рессорно-пружинных сталей
Углеродистые рессорно-пружинные стали марок 65, 75, 60Г, 65Г и 75Г характеризуются небольшой релаксационной стойкостью, особенно это проявляется при нагреве. Они не могут быть использованы при температуре выше 100 градусов по Цельсию. Из данных сталей делаются пружины небольшого сечения. Дешевые кремнистые стали таких марок, как 55С2, 60С2 и 70С3А стойки по отношению к росту зерен во время нагрева при закалке, но при этом они склонны обезуглероживанию, представляющий собой опасный поверхностный дефект, который снижает предел выносливости. Наименее выражен этот эффект в кремнемарганцевой стали 60СГА.
Самыми высокими механическими свойствами обладают стали марок 70С3А, 60С2ХА и 60С2Н2А. Их предел упругости составляет от 880 до 1150 мегапаскалей, твердость 38-48. При таких показателях стали чувствительны к концентраторам напряжений, из-за чего состояние поверхности оказывает сильное влияние на усталостное сопротивление. Если отсутствуют поверхностные дефекты, то предел выносливости при изгибе составляет минимум 500 мегапаскалей, а в случае кручения данный показатель около 300 мегапаскалей. Чтобы снизить чувствительность к концентраторам напряжений готовые изделия подвергаются обдувке дробью.
