Марки пружинной стали — свойства и сфера применения

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 (δВ) 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.

Сталь рессорная 65Г

Железо в сочетании с углеродом образует сталь. Пропорции этих химических элементов могут быть разными в зависимости от применения и необходимых свойств. Чтобы добиться хорошей прочности и нужной долговечности в сплавы добавляют компоненты, которые нужны для улучшения свойств металла.

Многие оружейники ставят перед собой задачу – создать высокопрочную ​​сталь для ножа, одновременно не должна страдать твёрдость. В наши дни популярной является сталь 65Г.

Характеристики

Низкая стоимость сделала сталь 65г довольно популярной. Но из-за своей плохой коррозионной стойкости материал почти не используется для изготовления кухонных ножей. При закаливании сплав не боится перегрева. Но при высоких температурах снижается ударная вязкость. Температура закаливания лежит в диапазоне от 800 до 8200 С.

Плюсы

Основным достоинством является низкая стоимость продукта. Именно этот фактор сделал марку довольно популярной. Помимо этого преимущества есть следующий плюсы:

1. Удароустойчивость и стойкость к деформации.
2. Повышенная твёрдость, препятствующая разрушению, ломкости или хрупкости при больших нагрузках.
3. Лёгкость и быстрота заточки.
4. Высокая величина сопротивляемости к разрыву.

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 %.

Виды и области применения

Из названия следует, что область использования данных материалов ограничивается производством пружин, рессор, ножей и прочей продукции машиностроительного назначения, от которой требуется оптимальное сочетание прочности и упругих свойств. Однако имеются и другие, более экзотические сферы применения данного типа металла.

Пружинные стали издавна используются для изготовления музыкальной проволоки, которая чаще всего встречается в фортепиано. Музыканты используют пружинную сталь в пианино потому, что струну для фортепиано нужно очень хорошо натягивать, причём таком состоянии она должна выдерживать постоянные удары молоточков клавиш.

Пружинная сталь используется также и для производства гитарных струн.

Доспехи и мечи актёров, которые снимаются в популярных средневековых фильмах или сериалах также производятся из пружинной стали. Они должны быть достаточно легкими, чтобы актер мог свободно двигаться, сохраняя при этом достоверность создаваемого им образа. Ведь значительно легче размахивать мечом из пружинной стали, чем оружием, которое отковано из железа или других тяжёлых металлов. Самое приятное то, что броня и оружие, которые вы видите на большом экране, полностью идентична тем, которые носили победители рыцарских турниров или обычного в те времена рукопашного боя.

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.

Марки рессорно-пружинной стали, применяемые в промышленности

Пружинная сталь, марки которой применимы в изготовлении тугих изделий, характеризующихся восстановлением первоначальной формы, при сильном изгибе и значительном скручивании.
Важнейшие детали в производстве механизмов, которые испытывают переменную, повторяющуюся нагрузку, под действием которой происходит сильная деформация. Как только нагрузка прекращается, эти элементы принимают первоначальную форму. В работе этих деталей есть особенность, которая не допускает остаточной деструкции, она должна быть только упругой. К рессорно-пружинным сталям предъявляются завышенные требования при выработке. Разберемся, из какой стали делают рессоры?

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.

Все требования и рекомендации к этому виду стали описаны в ГОСТ 14959-79. На их основании предприятием разрабатываются более детальные технологические листы, которые отвечают узким параметрам.

Оцените статью:

Рейтинг: 5/5 — 1 голосов

Марки стали по ГОСТу 14959–79

Это стали с высоким содержанием углерода, но с малым легированием. Госстандарт 14959 обозначает – легированный сплав следующих марок:

• 3К-7 – применяется в выработке проволоки холоднотянутым способом, из которой изготавливают пружины, незакаливаемые;
• 50ХГ – производят рессоры для автомашин и пружины для жд. составов;
• 50ХГА – назначение в производстве как у предыдущей марки рессорно пружинной стали;
• 50ХГФА – выпускают особенные пружины и рессорные детали для машин;
• 50ХСА – пружины специального назначения и небольшие детали для механизмов часов;
• 50ХФА – изготавливают детали с повышенной нагрузкой, с требованиями высочайшей устойчивости и прочности, которые действуют при больших температурах – до 300 градусов.
• 51ХФА – для пружинной проволоки;
• 55С2 — для производства пружинных механизмов и рессор, используемых в тракторостроении, машиностроении, для подвижных составов на ж/д;
• 55С2А – производят авторессоры, пружины для поездов;
• 55С2ГФ – для выработки очень прочных пружин специального направления, авторессор;

• 55ХГР – производят полосовую сталь пружинную, толщина которой варьируется от 3 до 24 мм;
• 60Г – для выработки круглых и гладких пружин, колечки и прочие выработки пружинного типа, обладающих высокой стойкостью к изнашиванию и упругостью, например, скобы, втулки, тамбурины для тормозящих систем, применяемые в тяжелом машиностроении;

Специфики пружинных сплавов

Высоко- и среднеуглеродистые виды этих сплавов упрочняются путем тонкой хладной деструкции, допускающей внедрение дробеструйных и гидроабразивных способов. При данном виде воздействия усилия остаточного сжатия наводят на плоскость изделий.

Фактически любая рессорная сталь (некорродирующая, без особых противокоррозионных свойств) должна пройти операцию сильного накаливания по сквозистой методике. Поэтому готовая металлопродукция по своему разрезу будет обладать структурой троостита.

Масленое закаливание при температуре 830–880 градусов, совмещаемая с отпуском при 410–480 градусах гарантирует повышения рубежа упругости – главнейшего рабочего свойства вышеперечисленных сталей. Зачастую употребляется и изотермическое закаливание, обеспечивающее не только высокую упругость, но еще и увеличенные данные пластичности, стабильности и вязкости вещества.

Некорродирующая лента и проволока из сплавов 70 и 65 в наибольшей степени часто употребляются для создания машинных пружин. В автотранспортной сфере также динамично используются кремниевые рессорные стали марки пружинной прокатки – 60С2А, 70С3А и 55С2. Они предрасположены к обезуглероживанию, что понижает характеристики их упругости и выносливости. Но за счет присадок хрома, ванадия и определенных составляющих все эти возможные опасности нивелируются.

Сферы применения рессорной прокатки самых ходовых марок стали:

• пружины для любых устройств и агрегатов Машино- и автомобиле-строительной областей – 55С2, 50ХГ, 50ХГА;
• тяжелонагруженные пружины – 60 С2Г, 60С2, 65С2ВА,60С2Н2А;
• износоустойчивые пружины круглые и плоские (употребляется полоса), действующие при повышенных вибрациях – 80, 75,85.

В завершение немного о недостатках

• нехорошей свариваемостью;
• трудность резки.

Источник статьи: https://solidiron.ru/steel/ressorno-pruzhinnye-stali-primenyaemye-v-promyshlennosti.html