Пружинная сталь (пружина-пружина): свойства сплава, закалка

Сферы использования

Пружинная сталь является низколегированной

Из рессорно-пружинной стали изготавливают широкий спектр изделий и деталей, используемых в автомобилях, агрегатах и ​​заводском оборудовании. Торсионы и рессоры, встречающиеся в подвеске автомобилей и бронетехники, изготавливаются из стали марок 55С2, 60С2А и 70С3А. Совсем недавно для той же цели использовалась сталь 50XFA. Из него обычно делают клапаны для пружин.

Детали автомобилей — не единственная область, где используется пружинная сталь. Материалы из этой категории используются для изготовления отмычек, пружин для фрикционных дисков, а также для различных типов механизмов, в том числе промышленных. Для определенных изделий и пружин подходит сталь определенных качеств. Между ними есть существенные различия по основным характеристикам производительности:

Читайте также: Точечная сварка: обзор 10 лучших моделей, рейтинг, отзывы, сравнение характеристик + советы как выбрать аппарат для контактной сварки

Примеры применения конструкционных легированных сталей

• 50HGFA — используется для изготовления часовых пружин;
• 55С2 — рессоры и рессоры, применяемые в подвеске транспортных средств;
• 60Г, 65 — для изготовления износостойких и вибростойких пружин, упорных шайб;
• КТ-2 — для прокатки холоднокатаной проволоки.

Есть много других брендов, и многие из них взаимозаменяемы. Например, сталь марки 68 можно использовать вместо 65ГА, а сталь марки 70(Г) прекрасно заменит 60Г. В ГОСТ можно найти таблицы, где указаны все существующие марки с их режимами обработки и характеристиками.

3 Другие требования к пружинным сталям по ГОСТ

Относительное сужение проката колеблется от 20 (65С2ВА, 60 С2А) до 35 % (нержавеющая сталь 50 ХГФА), относительное удлинение — от 5 до 10 %, временное сопротивление — от 980 (сталь 65) до 1860 (65С2ВА) МПА, предел текучести — от 785 (60Г) до 1665 (65С2ВА) МПа.

Кованую и горячекатаную проволоку, ленты и прутки необходимо обрезать. При этом не допускается изгиб проката, градусов. В тех случаях, когда резка производится молотком или на прессах, полоса и стержни могут иметь на концах незначительные завитки. Однако потребитель вправе потребовать устранения этого недостатка.

Общее обезуглероживание по глубине может быть следующим:

• для сплавов, легированных кремнием, — 2,5 % (при толщине или части проката менее 8 мм), 2 % (более 8 мм);
• на остальных — 2 и 1,5 %.

Круглый горячекатаный прокат производится без обезуглероженного слоя.

Пружинные стали 55С2 и 55С2А, 50ХГА, 50ХГ и 50ХГФА, 60С2А и 60С2 исследуют на индекс аустенитного зерна. По ГОСТ 5639 она не должна быть выше пятого числа (для 50ХГФА — не выше шестого).

Потребитель может потребовать, чтобы описываемая нами сталь (качество может быть разным) была произведена:

• с регулированием мартенситных участков;
• с контролируемой микроструктурой;
• с уменьшенным минимальным и максимальным содержанием углерода;
• с испытанием на усталость;
• с установлением предела упругости;
• с ограниченными показателями загрязнения сплавов неметаллами.

Сварка марганцовистых сталей

В частности, марганцевая конструкционная сталь обладает уникальным сочетанием прочности и ударной вязкости, что используется при изготовлении брони, ремней, баков, рессор, рессор. Изделия отличаются высокой стойкостью к износу и ударным нагрузкам. Их производят методом литья, но в процессе эксплуатации часто приходится наваривать марганцовистую сталь. Это может быть либо создание нового дизайна, либо сплавление изношенной детали.

Показателем свариваемости является углеродный эквивалент, в формулу которого входят: C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu — расположение по удару. Основными легирующими элементами являются углерод и марганец: чем выше их содержание, тем сложнее процесс. Сплав с содержанием С до 0,25 % относится к хорошо свариваемым, но с повышением показателей эта способность снижается.

Для чего вырабатывают пружинный сплав?

Для производства деталей могут применяться как легированные стали, так и углеродистые стали, они обладают повышенной эластичностью, ударной вязкостью, выносливостью и пластичностью. Из-за свойств этих типов стали упругая деградация ограничена.

Пружинные пружинные стали недороги, просты в изготовлении и имеют высокий предел сопротивления релаксации.

Интересно: Для получения качественных изделий из углеродистой и легированной стали ее закаливают при температуре 420-520 градусов, при этом достигается эффект трооститной структуры.

Пружинно-пружинная сталь устойчива к хрупкому разрушению, отличается повышенной пластичностью. Их используют для производства изделий с повышенной износостойкостью, например:

• цанги;
• тормозная качка;
• края;
• пружины и рессоры;
• упорные шайбы;
• несущие торсы;
• фрикционные диски;
• дает.

Состав и производство

Для сборки пружин и механизмов на их основе используется сталь, в состав которой входит от 0,5 % до 0,75 % углерода. Если содержание этого элемента превышает 0,7%, материал называют инструментальной сталью. Это твердый и высокопрочный материал для изготовления различных инструментов. А также из него изготавливают пружины, максимально устойчивые к механическим воздействиям.

Углерод — не единственный элемент, влияющий на важные свойства стали для пружин. При производстве металла компоненты сплава преднамеренно вводят в состав в следующих концентрациях:

Углерод

• никель — до 1,7%;
• вольфрам — до 1,2%;
• хром – до 1,2%;
• ванадий — до 0,25%;
• марганец – до 1,25%;
• кремния — до 2,8%.

Важнейшим этапом производственного процесса является измельчение зерна. В результате значительно повышается стойкость готового металла к малым пластическим деформациям. Это положительно сказывается на релаксационном сопротивлении пружин, изготовленных из высоколегированной стали.

Современные методы получения сплавов для изготовления пружин позволяют изготавливать материалы любой конструкции, любой поверхности и диаметра, если речь идет о пружинной проволоке. Строго соблюдаются как национальные, так и международные стандарты, определяющие характеристики стали. Кроме того, осуществляется тщательный контроль качества на каждом этапе формирования пружинных сплавов.

Ножи

Листовая рессорная сталь в течение некоторого времени была самым распространенным материалом, особенно среди автовладельцев. Изготовление острых предметов фактически осуществлялось из старых пружин, пришедших в негодность для использования в транспортном средстве. Использование ножей из столь необычного материала осуществлялось как для различных хозяйственных нужд, так и для обычного нарезания продуктов на кухне. Выбор этой детали пал не случайно. Причин, по которым пружинная сталь стала основным материалом для самодельного изготовления хороших ножей, было несколько.

Первая причина заключается в том, что из-за плохого качества дорог такая деталь, как рессора, часто и быстро приходила в негодность. Из-за этого у многих автовладельцев было обилие этих узлов. Запчасти просто валялись в гаражах. Доступность была первой причиной.

Вторая причина — конструкция пружины, включавшая в себя несколько пластин из углеродистой стали. Именно из этих элементов удалось сделать пару цельных ножей.

Третья причина – высокая эластичность пружинной стали, позволяющая обрабатывать материал лишь минимальным набором инструментов.

Технология сварочных работ по соединению высокопрочных сталей

При сварке среднелегированных сталей глубокой закалки высокопрочных сталей необходимо выбирать такие сварочные добавки, которые обеспечат получение швов с высокой деформационной способностью при минимальном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, не содержащих в составе покрытия органических веществ и подвергающихся высокотемпературному прокаливанию (маловодородные электроды). При этом необходимо исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом при сварке (ржавчина, влага и др.). Высокая технологическая прочность достигается при следующем содержании легирующих элементов в металле шва: С — не более 0,15 %; сай — не более 0,5%; Девятка — не более 2,5%; Mn — не более 1,5%; Cr — не более 1,5%; В — не более 0,5%; Мо — не более 1,0%.

улучшение свойств сварного шва до требуемого уровня возможно за счет легирования металла шва за счет основного металла. Требуемые прочностные свойства металла шва достигаются его легированием элементами, повышающими прочность, но не снижающими ударную вязкость и деформационную способность. Для сварки среднеуглеродистой высокопрочной стали необходимо выбирать сварочные присадочные материалы, содержащие меньше легирующих элементов, чем основной металл.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для сварки среднелегированной высокопрочной стали применяют электроды марок Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и др по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75. Если сталь перед сваркой подвергалась высокопрочной термической обработке (закалке с закалкой или нормализации), а после сварки под закалку для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения, то критерием определения температуры предварительного подогрева будет такой скорость охлаждения, при которой происходит частичное затвердевание в зоне шва. Это гарантирует отсутствие трещин в процессе сварки и перед дальнейшей термической обработкой.

Для улучшения свариваемости закаленных металлов требуются специальные электроды

В случае, когда термическая обработка свариваемого изделия не может быть осуществлена, например, из-за больших габаритов, на кромки свариваемой детали аустенитными или низкоуглеродистыми электродами наплавляют незатвердевающий слой металла. Толщина этого слоя должна быть такой, чтобы температура стали под слоем при сварке не превышала температуру закалки при термической обработке деталей со свариваемыми кромками. Такие детали сваривают аустенитными или малоуглеродистыми и маловодородными электродами без подогрева и дальнейшей термической обработки. Режим сварки принимают согласно рекомендациям для аустенитных электродов.

Сварочные работы в защитных газах

Высокое качество сварных соединений из среднеуглеродистой высокопрочной стали толщиной 3…5 мм достигается аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом. Присадочный материал для дуговой сварки в защитных газах следует выбирать в зависимости от газа, в котором происходит сварка.Первый слой выполняют без добавок с полным проплавлением кромок соединения, второй — с поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механическая подача присадочной проволоки. Также возможно выполнение третьего слоя с поперечными колебаниями электрода без присадочной проволоки на малом режиме для обеспечения постепенного перехода от шва к основному металлу.

Для повышения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке применяют активирующие флюсы, позволяющие исключить обрезку кромок при толщинах 8…10 мм. Также используется флюс, представляющий собой смесь компонентов (TiO2, SiO2, NaF, Cr2O3). Этот метод активирующего флюса эффективен в механизированных методах для достижения равномерной глубины проникновения. Неплавящийся электрод при данном способе сварки выбирают из наиболее стойких в эксплуатации видов вольфрама.

Современная аргоновая горелка

При сварке среднелегированной высокопрочной стали в защитных газах (преимущественно инертных или их смесях с активными) применяют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например, Св-08Х20Н9Г7ТТ, Св-03ХГН3МД, Св-10ХГСН2МТ, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-08Х21Н10Г6. Однако добиться равной прочности металла шва и свариваемой стали невозможно. В этом случае можно обеспечить равную прочность за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. Этот эффект можно реализовать с помощью так называемых пазовых пазов, которые представляют собой стыковые соединения с узким зазором.

Сварка под флюсом

Конструктивные элементы подготовки кромок под автоматическую и полуавтоматическую сварку под флюсом выполняют по ГОСТ 8713-79. Но в диапазоне толщин, где возможна сварка без разделки и со скошенными кромками, предпочтение следует отдавать последней. При механизированной сварке под флюсом необходима подготовка кромок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве будет минимальной. Но этот прием увеличивает вероятность появления горячих трещин в сварных швах.

Выбор флюса осуществляется в зависимости от марки электродной проволоки. При использовании низкоуглеродистой проволоки сварку ведут под кислыми высокомарганцевыми и среднемарганцевыми флюсами. При использовании низколегированных проволок наилучшие результаты дают флюсы с низким содержанием кремния и низким содержанием марганца. Сварку среднелегированной высокопрочной стали аустенитной проволокой марок Св-08Х21Н10Г6 или Св-08Х20Н9Г7Т проводят только под неокисляющими или слабоокисляющими основными флюсами.

Марки стали по ГОСТу 14959–79

Это сталь с высоким содержанием углерода, но низколегированная. Госстандарт 14959 определяет — легированный сплав следующих качеств:

• 3К-7 — используется для производства холоднотянутой проволоки, из которой изготавливают пружины, не закаленной;
• 50ХГ — производят рессоры для автомобилей и рессоры для железнодорожных составов;
• 50ХГА — согласование в производстве как и у предыдущей марки рессорной стали;
• 50ХГФА — производство специальных рессор и рессорных деталей для автомобилей;
• 50ХСА — специальные пружины и мелкие детали часовых механизмов;
• 50ХФА – изготавливают детали с повышенной нагрузкой, с требованиями к высочайшей стабильности и прочности, работающие при высоких температурах – до 300 градусов.
• 51ХФА — для пружинной проволоки;
• 55С2 — для производства рессорных механизмов и рессор, применяемых в тракторостроении, машиностроении, для железнодорожного подвижного состава;
• 55С2А — производство автомобильных рессор, рессор для поездов;
• 55С2ГФ — для выработки очень сильных пружин специального направления, авторессор;

• 55ХГР – производят полосовую пружинную сталь, толщина которой варьируется от 3 до 24 мм;
• 60Г — для производства круглых и гладких пружин, колец и других видов пружин с повышенной износостойкостью и упругостью, таких как скобы, втулки, бубны для тормозных систем, применяемых в тяжелом машиностроении;

Интересно: сталь на кручение марки 60С2 — высоконагруженные пружины, шайбы фрикционные, шайбы пружинные;

• 60С2А – изготавливают такие же изделия, как и из стали предыдущего типа;
• 60С2Г — тип рессорной стали, из которой изготавливают рессоры тракторов и автомобилей;
• 60С2Н2А — выпускают ответственные пружины с повышенной нагрузкой на сплав;
• 60С2ХА — для изготовления высоконагруженных рессорных изделий, на которые действует постоянная нагрузка;
• 60С2ХФА – круглая сталь с калибровочными элементами, из которой с высокой ответственностью изготовлены пружины и пружинные тарелки;
• 65 — изготавливают детали повышенной прочности и эластичности, которые эксплуатируются при высоком давлении с большой статической нагрузкой и сильной вибрацией;
• 65Г — сделать детали, которые будут работать без ударных нагрузок;
• 65ГА — закаленная проволока для пружин;
• марка стали рессорной — 65С2ВА, тяжелонагруженные рессорные слои и рессоры;
• 68А — закаленная проволока для изготовления пружинных блоков калибром 1,2-5,5 мм;
• 70 — детали машиностроения, от которых требуется повышенная износостойкость;
• 70Г — для пружинных элементов;
• 70Г2 — производит землеройные ножи и пружины для различных отраслей промышленности;
• 70С2ХА — пружинные элементы часовых механизмов и большие пружины специального назначения;
• 70С3А — высоконагруженные пружины;
• марка пружинной стали 70ХГФА — проволока для изготовления пружинных элементов с термической обработкой;
• 75 — любая пружина и другие детали, применяемые в машиностроении, сильно нагруженные вибрациями;
• 80 — для изготовления плоских деталей;
• 85 — износостойкие детали;
• Ш, СЛ, СМ, ДН, ДМ — машинные пружины, работающие при статических нагрузках;
• КТ-2 — для производства холоднотянутой проволоки, которую наматывают без термической обработки.

Первые цифры обозначают среднее содержание углерода в той или иной стали, и выражается оно в процентах. За цифрами следует буква, указывающая на конкретные легирующие добавки, добавляемые в сплав, а последняя цифра указывает на содержание добавки. Стоит отметить, что при содержании связующего в сплаве менее 1,5 % цифра не пишется, содержание более 2,5 % указывается тройкой, промежуточное значение между первыми двумя значениями записывается цифрой 2.

Пружинные изделия, будь то нержавеющие полосы, листы, шестигранники или квадраты, делятся на группы с определенными характеристиками:

• химический состав — нержавеющая толстолистовая специальная сталь первого сорта, которая нормируется значениями от 1 до 4В;
• способ обработки — горячекатаная полоса, поверхность которой точеная или шлифованная, калиброванный прокат, поковка, специально обработанный прокат.

Термическая обработка

Существует несколько режимов термической обработки этого типа стали. Любой из них выбирается в соответствии с производственными требованиями, предъявляемыми к готовому изделию. Наиболее часто используются два метода термической обработки, которые гарантируют желаемые свойства с химической и физической точки зрения. Эти методы включают нормализацию и закалку с последующим отпуском.

При выполнении термообработки необходимо правильно подобрать температурные параметры, а также время, необходимое для проведения операции. Чтобы правильно подобрать эти свойства, следует взять за отправную точку качество используемой стали. Поскольку материал марки 65Г относится к доэвтектидному типу, в данном изделии присутствует аустенит, представленный в виде твердой механической смеси с небольшим количеством феррита. Аустенит по своей структуре более твердый материал, чем феррит. Поэтому для термической обработки стали 65Г необходимо создание более низкого интервала температур закалки. Учитывая этот факт, такие показатели для данного вида металла варьируются от 800 до 830 градусов Цельсия.

Усиление

Зачастую ремонт УАЗа и его тюнинг касаются амортизирующих агрегатов. Старые прямые рессоры на Хантере можно поменять на усиленный шестнадцатилистовой аналог. Как показывает практика, стандартные элементы этого устройства изготовлены не из качественной стали, быстро деформируются и трескаются. Поэтому модернизация блока оправдана.

После установки усиленных рессор машина станет намного выше, увеличится запас хода. Автомобиль становится несколько жестче, что не является существенным недостатком, так как мы рассматриваем внедорожник. Зато ходовые качества и проходимость автомобиля заметно порадуют владельцев отечественных джипов. Ниже приведено пошаговое руководство по установке новых элементов.

Маркировка

Маркировка стали для производства рессорной продукции достаточно проста, но в то же время информативна. Под обозначением можно понимать состав материала, определяющий все его эксплуатационные свойства. Маркировка расшифровывается в направлении слева направо. Он включает в себя следующие элементы:

Маркировка стали

• первая позиция двух цифр выражает массу углерода в сотых долях процента;
• вторая позиция одной или нескольких букв указывает на название легирующего элемента;
• третья позиция показывает долю легирующего элемента, округленную до ближайшего целого числа.

Если доля легирующего элемента в металле менее 1,5 %, в маркировке это не указывается. По обозначению можно легко понять, к какому типу относится металл. Например, пружинная сталь марок 65, 70, 75, 80 и 85 относится к категории углеродистой стали. Материалы, в маркировке которых имеется не менее двух позиций, относятся к легированным, так как содержат высокую концентрацию легирующих элементов.

Модификация 3162-2912010

Данная рессора УАЗ является штатной деталью, которая устанавливается на заднюю ось практически всех автомобилей этой марки, включая Патриот, Барс, Хантер и Груз. В продаже эта пружина встречается достаточно редко, поэтому не пользуется особой популярностью у владельцев.

• Предельная нагрузка, Pk, даН — 643,75.
• Масса в собранном состоянии — 21,4 кг.
• Общая/расчетная длина детали 1,42/1,35 м.
• Высота упаковки — 49,6 мм.
• Количество листов — четыре шт.
• Материал изготовления — сталь 50ХГФА.

Марки рессорно-пружинной стали, применяемые в промышленности

Пружинная сталь, марки которой применимы при изготовлении плотных изделий, характеризуется восстановлением первоначальной формы, при сильном изгибе и значительном скручивании.
Важнейшие детали в производстве механизмов, испытывающих переменную, повторяющуюся нагрузку, под воздействием которой происходит сильная деформация. Как только нагрузка прекращается, эти элементы возвращаются к своей первоначальной форме. В работе с этими деталями есть особенность, не допускающая остаточного разрушения, она должна быть только упругой. Для рессорно-пружинной стали требования к разработке слишком высоки. Давайте узнаем, из какой стали сделаны пружины?

Версия 2360-2912010

Эти задние листовые рессоры УАЗ Патриот имеют следующие характеристики:

• Вес собранного элемента 22,3 кг.
• Управляющая нагрузка, Pk, даН — 643,75.
• Длина полная/расчетная – 1,41/1,35 м.
• Высота упаковки 49,6 мм.
• Тип стали — 50ХГФА.
• Количество листов – четыре.

В стандартной комплектации рассматриваемая деталь устанавливается на модели «Карго», «Патриот», «Пикап», «Хантер», «Симбир» и некоторые другие. По отзывам владельцев, данный товар не пользуется особой популярностью. Пользователи отдают предпочтение модификациям из четырех листов под индексом 3153-2912010.

Технология закалки, отпуска пружинной стали

Для получения металла с заданными физическими свойствами применяют закалку и отпуск пружинной стали. Каждый из этапов имеет свои технологические функции:

• Во-первых, пружинная сталь закаляется при высоких температурах. За счет закалки заметно повышается предел текучести материала, что делает сталь эластичной, ковкой и стабильной.
• Однако при высокотемпературной закалке внутри сплава образуются мартенситные соединения, которые сильно ухудшают эластичность материала, делая его необычайно хрупким и твердым.
• Чтобы избавиться от мартенситных соединений, пружинную сталь следует закаливать при низких температурах. При такой обработке происходит разрушение мартенситов, что позволяет получить материал с заданными свойствами.

Обратите внимание, что температура и время обработки на каждом этапе зависят от типа используемой пружинной стали. Например: маркированная пружинная сталь 65Г должна быть закалена при температуре +800-850 градусов, отпущена при +400-500 градусов.

В ряде случаев закалка и отпуск сочетаются с процедурой нормализации металла. Эта процедура позволяет избавиться от лишних напряжений внутри металла, но в большинстве случаев нормализация происходит сама собой при остывании материала. Поэтому дальнейшая обработка методом нормализации обычно не требуется.

Термическая закалка

Закалку пружинной стали проводят с учетом следующих параметров:

• Способ нагрева металла, характер охлаждения материала, температура окружающей среды.
• Состав металла, наличие и вид легирующих добавок, общая концентрация углерода.
• Способ поддержания желаемого диапазона температур для отверждения.
• Способ охлаждения материала после отверждения, способ хранения материала.

Низколегированную сталь рекомендуется быстро нагревать. Фактически при медленном нагреве происходит постепенное испарение углерода, что критично для низколегированных материалов. Однако не нужно перебарщивать со скоростью нагрева. Если нагрев очень быстрый, может произойти неравномерный нагрев материала. За счет этого возрастает риск образования различных дефектов металла (трещин, кромок, разрушения углов).

Лучшим способом обогрева будет использование двух печей. В первой печи материал постепенно нагревается до 500-700 градусов, а затем поступает во вторую печь, где происходит окончательное твердение.

Для отопления рекомендуется использовать газовые плиты. Но при нагреве следует следить за распределением тепла во избежание появления на металле «тепловых островков». Электрические духовки нагреваются довольно медленно, поэтому их использование в данном случае проблематично с практической точки зрения. Единственным исключением из этого правила является закалка тонких металлов, которые по понятным причинам не нуждаются в дополнительном равномерном нагреве.

Время выдержки зависит от многих параметров, но среднее общее время отверждения составляет 80 минут для пламенных печей и 20 минут для электроустановок. Некоторое значение имеет и форма изделия. При работе с плоскими пластинами закалку можно проводить быстро. В то время как в случае материала сложной формы рекомендуется выполнить дополнительный подогрев. Лучше всего охлаждать материал на открытом воздухе.

Подробная характеристика стали марки 60С2А. Марка стали пружинной стали

Особым типом стального сплава является пружинная сталь. Пружинная сталь имеет ряд особенностей — очень высокий предел текучести, твердость, приемлемый уровень коррозионной стойкости. Такой материал может гнуться, менять форму под воздействием внешних факторов. При сжатии сохраняет все свои физические свойства (прочность, механическая стабильность, химическая инертность). Если такую ​​пружину отпустить, материал вернется к своей нормальной форме с сохранением всех физических свойств.

Рессора УАЗ. Штатные и усиленные рессоры УАЗ

Отечественная рессора УАЗ практически универсальна для моделей Патриот, Хантер и Пикап, а также их модификаций. Элементы отличаются только количеством листов, влияющих на грузоподъемность автомобиля, а также разницей в геометрических размерах. В связи с этим вполне возможна установка четырехлопастных элементов от Пикапа и Карго на Патриот и Хантер. Прибавка грузоподъемности в этом случае составит примерно двести килограммов. Рассмотрим особенности стандартных и модифицированных деталей.

Основные сведения

Пружинная сталь представляет собой сплав с очень высоким пределом текучести. Предел текучести — это физическое свойство материала, характеризующее напряжение, при котором деформация продолжает увеличиваться без увеличения деформации. Фактически этот показатель отражает способность материала сохранять форму при его изгибе и скручивании.

Чем лучше материал сохраняет форму при деформации, тем выше предел текучести. У материала возникает высокий предел текучести благодаря специальным методам обработки (закалка, вулканизация). Это отличает пружинную сталь от многих других стальных сплавов, которые обычно «приобретают необычные свойства» за счет включения в состав различных легирующих добавок.

В России для производства рессорной стали используют низколегированные сплавы с минимумом дополнительных компонентов. В американских, европейских, азиатских странах также часто используют средне- и высокоуглеродистые соединения, содержащие хром.

Применяются также соединения, содержащие большое количество марганца, никеля, кремния, вольфрама и азота. Эти компоненты делают материал еще более пластичным, а также повышают его химическую инерцию (то есть такой материал не будет реагировать со щелочами, кислотами, солями). Как следует из названия, пружинная сталь часто используется в производстве пружин, торсионов, листовых рессор, струн для пианино, хомутов и многих других изделий.

Свойства и применение пружинной стали

Наличие кремния в различных пружинных сталях составляет 0,17-2,60% в зависимости от марки. Кроме того, хром и марганец считаются полезными добавками при общем легировании, поскольку они повышают устойчивость к низким пластическим деформациям, одновременно улучшая многие механические свойства сплава. Введение включений ванадия, молибдена и вольфрама обеспечивает формирование стабильной тонкой однородной структуры и карбидной фракции, блокирующей дислокацию. Для улучшения технических и эксплуатационных свойств в состав стали вводят микродозы бора.

Пружинная сталь марок 70СЗА и 60С2ХА характеризуется максимальными физико-механическими свойствами. Их параметры упругости достигают 1100 МПа, а твердость – до 48 HRC по шкале Роквелла. При этих показателях металл чувствителен к концентраторам напряжений (поверхностным дефектам). При их отсутствии параметры выносливости металла на изгиб составляют более 550 МПа, а на кручение – 350 МПа. Для снижения этой чувствительности готовые изделия придают наружной буксировке обдувом градом. В результате такой закалки показатели выносливости увеличиваются в 2 раза.

Нержавеющая проволока из пружинной стали используется для изготовления пружин сжатия, растяжения и кручения, которые работают без изоляции в дистиллятной, пароводяной среде, соленой воде, щелочных и спиртовых растворах, морской воде. Такая проволока оптимально подходит для изготовления пружин, используемых в химической и пищевой промышленности, для работы в диапазоне температур −250 °С…+250 °С.

Конструкционная пружинно-пружинная сталь 65г в основном используется в производстве упругих деталей различных механизмов (пружины, рессоры и шайбы) из-за низкой себестоимости, повышенной твердости и эластичности. Единственным недостатком, ограничивающим его применение в приборостроении, является низкая усталостная прочность (менее 200 000 циклов). Сталь этой марки имеет твердость 25 HRC в незакаленном состоянии, после закалки она увеличивается до 61 HRC.

Легированная пружинная сталь 60с2а характеризуется низкой ценой, высокой эластичностью, износостойкостью, отсутствием отпускной хрупкости. Такой металл не боится деформации от физических и механических контактов и давления. Не нуждается в защитном покрытии, может эффективно использоваться при нормальной влажности. Максимальная температура использования не более 250 ºС. Используется в производстве различных изделий из металла.

Пружинная плита актуальна в производстве судового, пищевого и медицинского оборудования, где рабочая среда требует повышенной коррозионной стойкости. По прочности такая сталь немного уступает нержавеющей стали.

Коррозионная стойкость пружинной нержавеющей стали связана с повышенным содержанием хрома и молибдена. Кроме того, они сочетают в себе отличную стойкость к растрескиванию под нагрузкой и значительную физико-механическую прочность.

Сварка пружинной стали имеет свои особенности. Как правило, металл предварительно закаливают термическим способом, и эта закалка разрушается при сварке. Решением проблемы может быть сварка подходящим ферритным электродом с предварительным подогревом и дополнительной закалкой для предотвращения растрескивания в зоне термического влияния. При сварке аустенитными электродами на основе нержавеющей стали или никеля риск образования трещин снижается за счет повышенной растворимости водорода и хорошей пластичности плавящегося металла.

Официально принята буквенно-цифровая система маркировки пружинной стали. Наиболее важные легирующие добавки имеют специальный буквенный код. Числовое обозначение показывает процентное содержание того или иного элемента. Если количество отдельного компонента не превышает 1,5 %, цифра после буквенного индекса не указывается. Уровень углерода указан в начале шифра в сотых долях %.

Модель 31512-2912012

Эта рессора УАЗ представляет собой заднюю металлическую деталь, которая стандартно устанавливалась на модели 31512, 31514-10, 3160. Элемент также подходит для Патриотов и Хантеров, а также их модификаций.

Характерные характеристики рассматриваемого узла:

• Контрольная нагрузка — 504,7 даН.
• Вес в сборе 16,5 кг.
• Длина элемента 1,35 м.
• Количество листов – три.
• Высота упаковки 37,2 мм.
• Качество материала — сталь 50Х-ГФА.

Четырехлистовой вариант 3153-2912010

Задняя листовая рессора этого типа устанавливается на модели УАЗ под индексом: 3153, 3159, 3162. Деталь может использоваться на моделях 315148, 315143, Хантер, Патриот, 3163, 2362, Груз. Рассматриваемая модификация очень популярна среди автовладельцев ульяновских производителей.

Ниже приведены основные параметры:

• Управляющая нагрузка, Pk, даН — 643,8.
• Вес собранного элемента 21,4 кг.
• Общая/расчетная длина детали 1,42/1,35 м.
• Высота упаковки составляет 49,6 миллиметра.
• Количество листов – четыре.
• Материал изготовления — сталь марки 5-ХГФА.

Пружинные стали. Рессорно-пружинные стали. Пружинная сталь свойства. Релаксация напряжений.

Пружины, рессоры и другие упругие элементы являются важнейшими частями различных машин и механизмов. В процессе эксплуатации они испытывают несколько переменных нагрузок. Под действием нагрузки пружины и пружины упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинной стали заключаются в обеспечении высоких значений пределов упругости, предела текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, сопротивления релаксации напряжений.

Рессорно-пружинные стали

Пружины работают в диапазоне упругих деформаций, когда соблюдается пропорциональность между действующим напряжением и деформацией. При длительной эксплуатации пропорциональность нарушается за счет перехода части энергии упругой деформации в энергию пластической деформации. В результате напряжение снижается.

Самопроизвольное снижение напряжения при постоянной общей нагрузке называется релаксацией напряжения. Расслабление приводит к снижению упругости и надежности пружин.

Пружины изготавливаются из углеродистой (65, 70) и легированной (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционной стали.

Для упрочнения пружинной углеродистой стали применяют холодную пластическую деформацию с помощью дробеструйной и гидроабразивной обработки, при которой в поверхностном слое деталей создают остаточные сжимающие напряжения.

повышенные значения предела упругости достигаются после закалки со средним отпуском при температуре 400…480 °С.

Для стали, используемой для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость для получения трооститной структуры по всему сечению.

Упругие и прочностные свойства пружинной стали достигаются изотермической закалкой.

Пружинную сталь легируют элементами, повышающими предел упругости, — кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором.

Для повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.

Пружины и другие специальные элементы изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенитно-мартенситных (09Х15Н8Ю), быстрорежущих (Р18) и других сталей и сплавов.