Рессорная сталь марка. Упругие свойства и основные характеристики пружин и рессор

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и поглощения механической энергии. Пружины изготавливаются из материалов, имеющих высокие прочностные и упругие свойства. Пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3).

Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Пружины различают:

По конструкции:

Витые цилиндрические (винтовые);
. Витые конические (амортизаторы);
. Спиральные (в балансе часов);
. Плоские;
. Пластинчатые (например, рессоры);
. Тарельчатые;
. Торсионные;
. Жидкостные;
. Газовые.

По виду воспринимаемой нагрузки:

Пружины сжатия рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы;
. Пружины растяжения рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца;
. Пружины кручения могут быть двух видов: торсионные - стержень работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина) и витые пружины работающие на кручение;
. Пружины изгиба.

Рессора — упругий элемент подвески транспортного средства. Рессора передаёт нагрузку с рамы или кузова на ходовую часть (колеса, опорные катки гусеницы и т. д.) и смягчает удары и толчки при прохождении по неровностям пути.

Основные виды рессор:

Листовая рессора представляет собой пакет листов различной длины, изготовленных из закаленной стали и соединённых хомутами.. Листовая рессора работает на изгиб как упругая балка. В последнее время наблюдается тенденция к переходу от многолистовых к малолистовым и даже монолистовым рессорам, иногда — изготовленным из неметаллических материалов (композитов).

Современные рессоры часто для уменьшения массы делают не из металла, а из композитных материалов.

Разновидности листовых рессор:

Эллиптическая — в плане имеет форму, близкую к эллипсу; использовались в подвеске конных экипажей и ранних автомобилей; преимущество — большая мягкость и как следствие плавный ход; минус — технологическая сложность, малая прочность, большая чувствительность к продольным, поперечным и боковым силам, вызывающая огромный «увод» моста при работе подвески и S-образный изгиб при разгоне и торможении — соответственно, нарушение управляемости, громоздкость;
. 3/4-эллиптическая: имеет форму трёх четвертей эллиса; использовалась на экипажах и ранних автомобилях благодаря своей мягкости, к двадцатым годам вышла из употребления по тем же причинам, что и эллиптическая;
. Полуэллиптическая — в виде полуэллипса; наиболее распространённый тип; представляет собой компромисс между комфортабельностью, компактностью и технологичностью, широко распространена на грузовых автомобилях — до сих пор, на легковых — до середины 1970-х годов, исключительно на заднем мосту; «увод» моста при работе подвески и S-образный изгиб при разгоне и торможении присутствуют, но в меньшей степени, чем у предыдущих вариантов, и могут быть частично или даже полностью компенсированы введением в конструкцию дополнительных реактивных штанг;
. Четверть-эллиптическая — конструктивно это половина полуэллиптической; как упругий элемент, достаточно жёсткая; применялась, как правило, для создания независимой подвески, реже — зависимой.

Торсионная рессора. Основным рабочим элементом торсионной рессоры является торсион — упругий стержень, работающий на скручивание. Торсионные рессоры применяются, в основном, для подвесок бронемашин.

Пружинная рессора - в качестве рабочего упругого элемента используется пружина. Могут использоваться цилиндрические, конические, параболоидные или тарельчатые пружины.

Этим показателем обладают углеродистые и легированные марки металла.

Легированные и углеродистые материалы

Этот вид материала используют для производства жестких (силовых) упругих элементов. Причиной именно такому применению стало то, что высокий модуль упругости этой стали сильно ограничивает упругую деформацию детали, которая будет произведена из рессорно-пружинной стали. Также важно отметить, что этот тип продукта является высокотехнологичным и в то же время довольно приемлемым по своей стоимости. Кроме использования в авто- и тракторостроении, этот вид материала также широко применяется для изготовления силовых элементов в различных приборах. Чаще всего детали, которые произведены из этой стали, называют одним общим названием - пружинные стали общего назначения.

Для того чтобы обеспечить необходимую работоспособность силовых упругих элементов, необходимо, чтобы рессорная сталь обладала высоким пределом не только упругости, но и выносливости, а также релаксационной стойкостью.

Свойства

Для того чтобы удовлетворить такие требования, как выносливость, упругость и релаксационная стойкость, применяются материалы с повышенным содержанием углерода. Процент содержания этого вещества в используемом продукте должен быть в пределах от 0,5 до 0,7 %. Также важно подвергать этот закалке и отпуску. Проводить эти процедуры необходимо при температуре от 420 до 520 градусов по Цельсию.

Стоит заметить, что рессорная сталь, закаленная на мартенсит, обладает малым коэффициентом упругости. Он значительно повышается лишь при отпуске, когда образуется структура троосита. Процесс гарантирует повышение пластичности стали, а также вязкости ее разрушения. Эти два фактора важны для того, чтобы снизить чувствительность к концентраторам напряжения, а также увеличить предел выносливости продукта. Можно добавить, что положительными качествами характеризуется также и изометрическая закалка на нижний бейнит.

Ножи

Рессорная сталь для ножа некоторое время являлась наиболее распространенным материалом, особенно среди владельцев автомобилей. Изготовление острых предметов действительно осуществлялось из старых рессор, которые пришли в негодность для использования в транспортном средстве. Применение ножей из такого необычного материала осуществлялось как для различных бытовых нужд, так и для обычной резки продуктов на кухне. Выбор именно на эту деталь пал не случайно. Было несколько причин, почему именно рессорная сталь стала основным материалом для самодельного производства

Первая причина - это то, что из-за плохого качества дорог такая деталь как рессора, часто и быстро приходила в негодность. Из-за этого у многих автовладельцев этих узлов было в избытке. Детали просто лежали в гаражах. Доступность и стала первой причиной.

Вторая причина - это конструкция рессоры, которая включала в себя несколько листов углеродистой стали. Именно из этих элементов и можно было изготовить пару добротных ножей.

Третья причина - это высокая эластичность рессорной стали, которая позволяет проводить обработку материала, имея лишь минимальный набор инструментов.

Особенности ножей

Существенная причина, по которой именно этот вид стали стал обширно использоваться для производства ножей, - это состав самого продукта. На производстве данный состав получил название рессорно-пружинной стали 65Г. Как следует из названия, этот материал широко используется для производства рессор, пружин, шайб, а также некоторых других деталей. Стоимость именно этой марки стали считается одной из самых низких среди именно углеродистых материалов. Но при этом ее характеристики, то есть прочность, гибкость и ударная вязкость, находятся на высоте. Кроме того, твердость самой стали также увеличилась. Все эти особенности углеродистого металла также сыграли свою решающую роль при выборе материала для создания ножей.

Сталь 65Г

Рессорная сталь 65Г - это конструкционная высокоуглеродистая сталь, которая поставляется в соответствии с ГОСТом 14959. Такая марка относится к группе рессорно-пружинных сталей. Двумя наиболее важными требованиями, предъявляющимися к такому виду стали, являются высокая поверхностная прочность, а также повышенная упругость. Для того чтобы добиться необходимой прочности, в состав металла добавляют до 1 % марганца. Кроме того, чтобы достичь всех требуемых показателей, необходимо провести надлежащую термическую обработку деталей, изготовленных из этой марки.

Широкое и эффективное использование данного вида стали обусловлено тем, что она принадлежит к классу экономнолегированных, то есть дешевых. Основными ингредиентами этого продукта стали такие компоненты, как:

• углерод, содержание которого составляет от 0,62 до 0,7 %;
• марганец, содержание которого не превышает от 0,9 до 1,2 %;
• содержание хрома и никеля в составе от 0,25 до 0,3 %.

Другие составляющие, которые входят в состав стали - сера, медь, фосфор и т. д. Это примеси, процентное содержание которых регламентируется государственным стандартом.

Термическая обработка

Существует несколько режимов термической обработки этого типа стали. Любой из них выбирается в соответствии с производственными требованиями, которые предъявляются к готовому продукту. Чаще всего используется два метода термической обработки, которые гарантируют получение необходимых свойств с химической и физической точки зрения. К этим способам относят нормализацию и закалку с последующим отпуском.

При проведении термической обработки необходимо правильно выбрать параметры температуры, а также времени, которое нужны для проведения операции. Чтобы верно выбрать эти характеристики, следует отталкиваться от того, какая марка стали используется. Так как материал марки 65Г принадлежит к доэвтектидному типу, то в составе этого продукта содержится аустенит, представленный в виде твердой механической смеси с небольшим количеством феррита. Аустенит является более твердым материалом с точки зрения структуры, чем феррит. Поэтому для проведения термической обработки стали 65Г, необходимо создавать более низкий интервал закалочных температур. Учитывая этот факт, подобные показатели для этого вида металла составляют от 800 до 830 градусов по Цельсию.

Режим закалки

Как закалить рессорную сталь? Необходимо создать нужный температурный режим, выбрать правильное время, а также верно рассчитать время и температуру отпуска. Для того чтобы придать стали все необходимые характеристики, которые задаются будущими техническими условиями эксплуатации детали, стоит провести нужную закалку. Для выбора подходящего режима проведения этой процедуры опираются на такие характеристики:

• Важным является не только способ закалки, но и оборудование, которое используется для нагрева стали.
• Подобрать необходимый температурный режим закалки.
• Подобрать подходящий временной промежуток для закалки стали.
• Выбрать нужную среду для проведений процесса закаливания.
• Также важно правильно подобрать технологию охлаждения детали после процесса закаливания.

Марки рессорной стали

Поставка стали для изготовления рессоры осуществляется в виде полос. После этого из нее нарезают заготовки, закаливают, отпускают и собирают в виде пакетов. Марки рессорно-пружинной стали, такие как 65, 70, 75, 80 и т. д., характеризуются тем, что их релаксационная стойкость мала, особенно этот недостаток заметен при нагреве детали. Данные марки стали не могут быть использованы для работы в среде, температура которой превышает 100 градусов по Цельсию.

Существуют дешевые кремнистые марки 55С2, 60C2, 70СЗА. Их используют для изготовления пружин или же рессор, толщина которых не будет превышать 18 мм.

К более качественным маркам стали можно отнести 50ХФА, 50ХГФА. Если сравнивать с кремнемарганцовыми и кремнистыми материалами, то при отпуске температура намного выше - около 520 градусов. Из-за такой процедуры обработки эти марки стали характеризуются высокой теплостойкостью, а также малой чувствительностью к надрезу.

При выборе ножа очень важно учитывать материал, из которого он изготовлен. Ведь для выполнения различных функций лезвие должно быть не только острым, но и прочным. К тому же, нужно обращать внимание, чтобы клинки не тупились и не гнулись при незначительной нагрузке. Эти свойства зависят от материала, из которых изготовлены ножи . В зависимости от задач, которые нож должен выполнять, будь то нож для разделки, охотничий или туристический , отличаются и характеристики материала.

Ножи из рессоры , несомненно, были самыми популярными среди людей, мало-мальски имеющих отношение к машинам. Их действительно изготавливали из рессор старых автомобилей, поскольку это был один из самых доступных материалов. При этом ножи использовались, как на кухне для резки продуктов , так и для бытовых нужд.

Сейчас рессорная сталь не сдает своих позиций и довольно распространена в производстве ножей.

Почему именно рессора автомобиля?

Во-первых, благодаря «идеальности» наших дорог, этот элемент ходовой часто приходил в негодность, поэтому и славился своей доступностью, и его часто можно было встретить на дорогах и в гаражах простых граждан.

Во-вторых, в конструкции рессоры используется несколько листов углеродистой стали. Вот из этих листов в домашних условиях можно было изготовить множество ножей.

В-третьих, рессорная сталь обладает высокой эластичностью, поэтому ее обработка возможна для всех желающих, имеющих минимальный набор инструментов и приспособлений.

В чем же особенность ножа из рессоры?

Здесь, в первую очередь, нужно упомянуть об особенностях стали, из которой изготовлен клинок. В производстве ее называют конструкционной рессорно-пружинной сталью 65Г, и, как понятно из названия, ее применяют в изготовлении пружин, пружинных рессор, шайб и других деталей, работающих без ударных нагрузок. Она считается одной из самых дешевых марок углеродистой стали, однако она обладает хорошей гибкостью и ударной вязкостью, что облегчает процесс ее обработки. К тому же этому виду материала присуща хорошая твердость, что играет не последнюю роль при выборе ножа .

Наличие в стали кремния, марганца, хрома и никеля обеспечивает высокую упругость и закаливание. В качестве антикоррозийной защиты применяют оцинковку. Однако на практике этого оказывается недостаточно, и самым большим недостатком этого материала остается высокая склонность к коррозии. Все же сталь 65Г обладает большими преимуществами, и получила широкое применение в производстве различных инструментов, для которых важной особенностью является износостойкость.

Применение рессорной стали

Из-за своей универсальности, обусловленной характеристиками стали, нож из рессоры изготавливается как в домашних условиях, так и серийно. Это могут быть кухонные ножи, которые прекрасно режут продукты и разделывают мясо, армейские, туристические и ножи для выживания , способные открыть жестяную банку консервов либо заточить кол.

Из стали 65Г производят также цельнометаллические мачете и топоры, поскольку их клинки отлично подходят для рубки. Из рессорного листа недорого и быстро можно выковать меч, и многие реконструкторы используют эту сталь в своем хобби. К сожалению, рессорная сталь является ржавеющей, поэтому она не подходит для подводного плавания .

Кухонный нож

Широкое использование нож из рессоры получил на кухне. Тогда многие имели доступ к этому материалу и пытались использовать его как можно максимально. Хорошие ножи серийного производства иногда были не по карману обычной семье, но для резки продуктов дорогие приборы и не требовались. Поэтому, из рессор мастерили универсальные ножи и с разнообразными самодельными рукоятями из эпоксидной смолы, дерева или обычной изоленты. Такие ножи не славятся выдающимися характеристиками, но со своей задачей справляются отлично.

Туристический нож

Нож из рессоры прекрасно подойдет для применения в диких условиях. Обычно нагрузка на него невелика. Но, стоит учитывать, что если сталь была недостаточно закалена, клинок затупится на первой же консервной банке. Заточить кол не представляет проблемы для такого ножа, однако следует остерегаться влаги - рессорная сталь подвержена коррозии.

Армейский нож

Прекрасные свойства рессорной стали позволяют создать хорошие тактические ножи . Благодаря прочности этого металла, они без проблем разрезают веревки, ткань, их можно использовать для бытовых целей, а также при спасательных работах. Но все же, в военных условиях предпочтение отдается ножам из нержавеющей стали.

Топор, мачете, меч

Что касается орудий посолидней, то для их изготовления необходима как листовая сталь, так и специально приобретенная на производстве. Сталь 65Г обладает такой прочностью, что используется в ковшах бульдозера, скрепераи другой техники. Понятно, что на прочность материала влияет и толщина, поэтому для изготовления более крупных орудий потребуется рессора от грузовика или специально заказанная на заводе.

При правильной обработке и надлежащем уходе из рессорной стали выходят отличные топоры, которые пригодятся в хозяйстве для рубки небольших предметов. Из длинного листа получится и такое экзотическое орудие как мачете , которое с легкостью справится с ветками или кустарниками. Благодаря хорошей ударной вязкости стали 65Г, в домашних условиях можно изготовить даже самый передовой мачете, прямой, изогнутый или с зазубринами. Таким же образом происходит и изготовление меча.

Изготовление ножа из рессоры дома

Как уже отмечалось, благодаря доступности и простоте обработки, ножи из рессорной стали можно изготавливать в домашних условиях. На первый взгляд, в этом нет ничего сложного, но все же нужно знать некоторые особенности, влияющие на качество выходного продукта. В Интернете можно найти множество видео с описанием процесса ковки, закаливания клинка и изготовления рукояти.

В целом, из рессорной стали можно изготовить как профессиональное холодное оружие с замечательными характеристиками и изящной формы, так и обычные ножи для бытовых нужд, которые не уступают в долговечности и прочности.

Для начала следует определиться, для каких целей, и что именно будет сделано. Если это кухонный нож, то подойдет любой лист. А если вы хотите изготовить мачете, меч или топор, то лучше выбрать рессору от грузовой машины. Конечно, для изготовления ножей с лучшими характеристиками лучше приобрести сталь на производстве. Для бытовых целей пригодитсястарый использованный материал. Рессорный лист может быть толщиной от 5 до 8 мм, в зависимости от автомобиля. Сталь для грузовых машин традиционно крепче, поэтому ее следует использовать для длинных крепких клинков.

Следующим шагом может быть обычная заточка одного или обоих краев рессоры. Если нужно сделать изделие тоньше, для этой задачи подойдет крупный наждак или камень для заточки. Конечно, данная процедура займет немало времени, но результат того стоит.

С помощью ковки создается форма ножа и меняется его ширина. Закалка стали улучшает качество материала, нагревание в масле придает ей черный цвет (воронение), что также дает дополнительную защиту от коррозии. К тому же, ножи из вороненой стали выглядят очень эффектно.

Рессорная сталь для ножа позволяет с легкостью наносить на клинок гравировку или создавать на нем желоба. По желанию можно выполнить клинок с односторонней или двухсторонней заточкой. Также очень важной деталью в ноже является рукоять. Она должна быть удобной для руки и может быть выполнена из эпоксидной смолы, дерева, металла и кости.

Даже с учетом недостатков рессорной стали 65Г, она не потеряла своей популярности и позволяет изготовлять ножи для различных нужд, которые славятся прочностью и долговечностью.

Прочитали 2296 раз(а)

Общие сведения. Пружины и рессоры испытывают в работе многократные знакопеременные нагрузки и после снятия нагрузки должны полностью восстанавливать свои первоначальные размеры. В связи с такими условиями работы металл, применяемый для изготовления пружин и рессор, должен обладать, кроме необходимой прочности в условиях статического, динамического или циклического нагружений, достаточно хорошей пластичности, высокими пределами упругости и выносливости и высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах (атмосфере пара, морской воде и др.) должен быть также и коррозион-ностойким.

Не менее важны для металла пружин и рессор также технологические свойства - малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию в процессе термической обработки, глубокая прокаливаемость, низкая критическая скорость закалки, малая чувствительность к отпускной хрупкости.

На качество пружин и рессор влияет состояние поверхности прутков, проволоки и полос. Наличие наружных дефектов (трещин, закатов, плен, волосовин, раковин, заусенцев, вдавленной окалины и др.), а также обезуглероженного слоя снижает упругие и циклические свойства металла. Поэтому наружные дефекты на поверхности прутков и полос должны быть удалены зачисткой или шлифованием, а глубина обезуглероженного слоя не должна превышать определенной нормы, установленной ГОСТом на рессорно-пружинную сталь.

Высокие свойства (максимальные пределы упругости и выносливости) пружины и рессоры имеют при твердости HRC 40-45 (структура-троостит), которая достигается после закалки (с равномерным и полным мартен ситным превращением по всему объему металла) и среднего отпуска при 400-500° С (в зависимости от стали).

Для изготовления пружин применяют углеродистые и легированные стали, а для приборов - сплавы цветных металлов, главным образом бериллиевую бронзу. Рессоры изготовляют только из легированных сталей.

Пружины и рессорные листы упрочняют следующими способами: 1) холодной пластической деформацией с последующим низкотемпературным нагревом (отпуском, старением); 2) закалкой с последующим отпуском (упрочнение в результате мартенситного превращения); 3) закалкой с последующим старением (упрочнение в результате дисперсионного твердения).

Упрочнение холодной пластической деформацией. Для изготовления средних и мелких витых пружин широко применяют патентированную проволоку (диаметром до 8 мм), изготовляемую из среднеуглеродистых сталей с содержанием марганца 0,3-0,6% и сталей 65Г и 70Г с содержанием марганца 0,7-1,0%, а также из углеродистых инструментальных сталей. После навивки в холодном состоянии пружины подвергают низкому отпуску (175- 250° С, выдержка 15-20 мин в зависимости от диаметра проволоки) для снятия напряжений, повышения пределов упругости и выносливости, релаксационной стойкости и обеспечения стабильности размеров пружины.

Вместо патентирования экономически более выгодно применять метод деформационного упрочнения нормализованной стали. Данный метод, разработанный на Горьковском автомобильном заводе, заключается в следующем. Проволоку, прутки, полосы из сталей 45, 65Г, 50ХГ подвергают нормализации, а затем холодной пластической деформации волочением или прокаткой со степенью деформации 40-60%. Из полученного полуфабриката навивкой, штамповкой или вырубкой изготовляют пластинчатые и витые пружины, рессорные листы, которые подвергают нагреву при 280-300° С в течение 20-40 мин.

данного метода является также то, что обеспечиваются размеры и форма упругих элементов, что особенно важно для тонких пластинчатых пружин, сильно деформирующихся при закалке. Для устранения коробления таких пружин необходимо применять при отпуске специальные штампы.

Упрочнение закалкой с последующим отпуском. Для изготовления пружин, упрочняемых термической обработкой (закалкой и отпуском), применяют углеродистые (65, 75) и легированные (60С2А, 50ХФА, 60С2Н2А и др.) стали, для рессор - только легированные стали, для пружин, работающих в агрессивных средах,- нержавеющие стали 30X13, 40X13, 12Х18Н10Т и др.

Углеродистые стали в связи с их малой прокаливаемостью применяют для изготовления пружин из проволоки диаметром до 6 мм. Преимущество кремнистой стали по сравнению с углеродистой - ее повышенная прокаливаемость и более высокие прочность и пластичность. Недостатком этой стали является повышенная склонность к образованию поверхностных дефектов при горячей обработке, обезуглероживанию и графитизации. В результате обезуглероживания наружной поверхности пружин или рессор резко снижается их сопротивляемость длительным нагрузкам. Поэтому нагрев пружин и рессор необходимо проводить с предохранением от обезуглероживания или (для устранения вредного влияния обезуглероженного слоя) подвергать их после термической обработки обдувке дробью.

Широкое применение для изготовления рессор автомашин и пружин подвижного состава железнодорожного транспорта имеют кремнистые стали 55С2 (А) и 60С2 (А). Сталь 60С2 (А) применяют также для изготовления пружин, работающих при температурах до 250° С. Сталь 70СЗА обладает высокими механическими свойствами, но склонна к графитизации.

Марганцевая сталь (65Г) по сравнению с кремнистой сталью обладает некоторыми особенностями, к которым относятся получение менее шероховатой поверхности при горячей обработке, большая прокаливаемость и меньшая склонность к обезуглероживанию. Недостатками марганцевой стали являются повышенная чувствительность к перегреву, образованию закалочных трещин, склонность к отпускной хрупкости; применяют эту сталь для пружин механизмов и машин.

Детали из стали 55ГС сечением до 25 мм имеют сквозную закалку, а поэтому ее применяют для изготовления рессор толщиной до 10 мм, цилиндрических пружин с диаметром прутка до 25 мм и буферных пружин; эта сталь малосклонна к обезуглероживанию и отпускной хрупкости.

Хромомарганцевая сталь (50ХГ (А)) обладает глубокой прокаливаемостью, высокой прочностью и относительно малой чувствительностью к перегреву; ее применяют для изготовления пружин и рессор большого сечения; сталь хорошо закаливается в масле; недостатком этой стали является склонность к отпускной хрупкости.

Небольшая присадка к хромистой стали ванадия положительно влияет на структуру и пластичность стали, а также уменьшает ее склонность к перегреву, вследствие чего значительно облегчается термическая обработка; поэтому хромованадиевая (50ХФА) и хромомарганцеванадиевая (50ХГФА) стали хорошо закаливаются в масле и малосклонны к росту зерна. Применяют эти стали для изготовления пружин особо ответственного назначения, а также рессор легковых автомобилей.

Стали 60С2ХФА, 65С2ВА и 60С2Н2А используют для крупных пружин ответственного назначения. Детали из этих сталей малосклонны к росту зерна и прокаливаются в сечениях до 50 мм. Особенно высокими качествами обладает никелькремнистая сталь 60С2Н2А, легко отжигающаяся на структуру зернистого перлита, имеющая высокую пластичность, не подкаливающаяся при охлаждении на воздухе после горячей прокатки.

Нержавеющие стали применяют для изготовления пружин, работающих в коррозионной среде и повышенных (до 400° С) температурах. Пружины из высокохромистых нержавеющих сталей мартенситного класса (30X13, 40X13 и др.) закаливают от температуры 1000-1050° С в масле (пружины из стали 40X13 можно охлаждать также и на воздухе); структура после закалки - мартенсит. Отпуск после закалки проводят в зависимости от условий работы пружин: при 550-500° С для пружин, работающих при повышенных температурах, и при 300-350° С - для пружин, работающих при температуре 20° С (при более высокой температуре отпуска понижается стойкость к коррозии под напряжением). Очень высокая прокаливаемость этих сталей позволяет изготовлять из них пружины больших сечений.

Пружины из хромоникелевых сталей аустенитного класса (12Х18Н10Т и др.), упрочняемые холодной пластической деформацией, после навивки подвергают только отпуску при 450- 500° С с выдержкой в течение 20-30 мин.

Для повышения коррозионной стойкости и стабильности пружины из нержавеющих сталей после всех операций технологического процесса подвергают полированию (лучше электролитическому) до полного осветления поверхности. Необходимо учитывать, что при полировании диаметр проволоки уменьшается на 3-10%, что приводит к снижению силовых характеристик пружин.

Цилиндрические пружины нагревают в горизонтальном положении. Для предупреждения коробления при нагреве на поду печи располагают швеллерные балки, на которые укладывают пружины. Для закалки пружин сжатия применяют приспособление, показанное на рис. 157, представляющее собой стальной стакан (внутренний диаметр которого на 0,3-0,4 мм больше наружного диаметра пружины, а высота на 10-12 мм больше высоты пружины) с отверстием в дне, равным среднему диаметру пружины. В приспособление помещают пружину и загружают его в печь. После нагрева до заданной температуры и выдержки приспособление вместе с пружиной вынимают из печи и охлаждают в масле (в горизонтальном положении при непрерывном покачивании). Закаленную пружину выталкивают из приспособления, нажимая на нее со стороны отверстия в стакане.

Коробление пружины, полученное при закалке (рис. 158, а), можно устранить при отпуске. Закаленную пружину надевают на оправку и зажимают клином (рис. 158, б). В таком состоянии осуществляют отпуск пружины. После отпуска на оправке коробление пружины, полученное при закалке, устраняется (рис. 158, в).

Для получения необходимой твердости и правильной формы тонкие пластинчатые пружины для устранения возникшего при закалке коробления подвергают отпуску в штампах на прессе с электроподогревом. Пресс имеет два штампа - нижний / и верхний 2 (рис. 159). Внутри штампов находятся стальные диски 3 с пазами. Нихромовые нагревательные элементы с жаростойкой изоляцией размещены в пазах дисков 3. Концы 4 нагревателей выведены из штампов к щиту управления. Для теплостойкости штампы заключены в кожухи с асбестовой теплоизоляцией 5. Нижний штамп 1 неподвижный. Верхний штамп 2 с помощью пневмоцилиндра б, управляемого краном 7, может перемещаться в осевом направлении. Контроль температуры осуществляется термопарой 8. Закаленные пружины помещают на нижний штамп /, прижимают верхним штампом 2 и выдерживают в течение нескольких минут при температуре отпуска.

Для изготовления автомобильных рессор применяют стали 60С2(А),50ХГ(А),50ХФА,50ХГФАидр. Рессорные листы нарезают в холодном состоянии, затем в них пробивают отверстия, оттягивают концы и в горячем состоянии загибают ушки. Термическую обработку рессорных листов, например из стали 50ХГФА, проводят по следующему режиму. Листы загружают в закалочную газовую конвейерную печь (температура I зоны 600--700° С, II зоны 800-850° С и III зоны 850-880° С). Выдержку дают

из расчета 1,2-1,5 мин на 1 мм сечения. После нагрева рессорные листы помещают в гибоч-но-закалочную машину, в которой производится гибка и закалка с охлаждением в циркулирующем масле (температура масла 40-60° С).

После закалки рессорные листы подвергают отпуску в газовой конвейерной печи при 550-600° С с выдержкой 40- 45 мин. Рессорные листы укладывают на конвейер печи на ребро. После отпуска рессорные листы поступают на конвейер охлаждающего бака. Быстрое охлаждение водой после отпуска препятствует возникновению отпускной хрупкости, не нарушает потока и улучшает условия работы в цехе. После отпуска рессорные листы подвергают дробеструйной обработке, что значительно повышает их предел выносливости. Остаточные напряжения сжатия наружных слоев, вызванные обдувкой дробью, уменьшают напряжения растяжения в наружных волокнах, увеличивая долговечность

рессорного листа.

В процессе термической обработки контролируют: а) твердость после закалки (одного комплекта через каждые 2 ч работы) (HRC 50-60); б) прилегание листов рессоры в сборе (через каждые 2 ч работы); в) твердость после отпуска (HRC 40-45).

Для проверки результатов термической обработки иногда рессоры выборочно подвергают испытанию на выносливость.

Кроме обычной закалки эффективны индукционный нагрев пружин и рессор, изотермическая закалка и особенно термомеханическая обработка.

Упрочнение закалкой с последующим старением. Материалом, упрочняемым закалкой и старением, является бериллиевая бронза. Изготовленные из ленты (штамповкой, вытяжкой, гибкой и т. п.), прутков (обработкой на станках), проволоки (путем навивки) детали перед закалкой обезжиривают в бензине или ацетоне, промывают в холодной и кипящей воде и сушат теплым воздухом или в термостате при температуре не выше 120° С. Подготовленные детали помещают в коробки, засыпают древесным углем, нагревают в печи до 760-800° С с выдержкой 8-15 мин, охлаждают в холодной воде и затем сушат.

Закаленные детали подвергают старению (дисперсионному твердению) при 260-400° С (в зависимости от требуемых свойств) с выдержкой после нагрева от 1 до 4 ч и охлаждением на воздухе.

Во избежание коробления старение деталей проводят в специальных приспособлениях. После термической обработки детали контролируют. Твердость в зависимости от условий работы деталей НV 200-400.

Закалке подвергают также заготовки с последующим изготовлением из них деталей по следующему технологическому процессу: отрезка или вырубка заготовок; обезжиривание, промывка, сушка; закалка; полирование заготовок (при необходимости); изготовление деталей; обезжиривание, промывка и сушка деталей, старение; контроль.

При производстве пружинной стали получается материал с большим пределом текучести. Благодаря этому свойству все изделия, изготавливаемые из этого материала, способны принимать исходную форму даже после скручивания или значительного изгиба. Именно для производства упругих изделий, не испытывающих остаточную деформацию, и предназначаются эти материалы.

Сферы использования

Из пружинной стали изготавливается широкий ассортимент изделий и деталей, используемых в транспортных средствах, агрегатах и заводском оборудовании. Торсионы и рессоры, которые можно встретить в подвесках автомобилей и бронетехники, изготавливаются из стали марок 55C2, 60C2A и 70C3A. С недавнего времени для этих же целей стала использоваться сталь марки 50ХФА. Из нее же обычно изготавливаются клапана для пружин.

Детали для транспортных средств – не единственная сфера, в которой применяется пружинная сталь. Материалы из этой категории используются для изготовления отмычек, пружин для фрикционных дисков, а также для разного рода механизмов, в том числе производственных. Для тех или иных изделий и пружин подходит сталь определенных марок. Между ними есть большие отличия в плане важных эксплуатационных характеристик:

• 50ХГФА – применяются для создания часовых пружин;
• 55C2 – рессоры и пружины, используемые в подвеске транспортных средств;
• 60Г, 65 – для изготовления износостойких и вибростойких пружин, упорных шайб;
• KT-2 – для проката холоднокатаной проволоки.

Существуют и другие многочисленные марки, причем многие из них способны взаимозаменять друг друга. Например, сталь марки 68 может применяться вместо 65ГА, а сталь марки 70(Г) отлично заменяет 60Г. В ГОСТ можно обнаружить таблицы, в которых приведены все существующие марки с их режимами обработки и свойствами.

Состав и производство

Для сборки пружин и механизмов на их основе используется сталь, в состав которой входит от 0,5% до 0,75% углерода. В случае если содержание этого элемента превышает отметку 0,7%, материал называется инструментальной сталью. Это твердый и высокопрочный материал для изготовления разных инструментов. А также он применяется с целью создания пружин, максимально устойчивых к механическим воздействиям.

Углерод – не единственный элемент, оказывающий влияние на важные характеристики стали для пружин. При производстве металла в его состав намеренно вводятся легирующие компоненты в следующих концентрациях:

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

Важнейшим этапом производственного процесса является измельчение зерна. В результате сопротивляемость готового металла мелким пластическим деформациям значительно увеличивается. Это положительным образом сказывается на релаксационной стойкости пружин, которые изготавливаются из высоколегированных сталей.

Современные методы изготовления сплавов для создания пружин позволяют производить материалы с любым исполнением, любой поверхностью и диаметром, если речь идет о пружинной проволоке. Строго соблюдаются как отечественные, так и международные стандарты, определяющие эксплуатационные характеристики стали. Кроме того, осуществляется тщательный контроль качества за каждым этапом создания пружинных сплавов.

Маркировка

Маркировка стали для производства пружинных изделий довольно простая, но при этом информативная. По обозначению можно понять состав материала, которым определяются все его эксплуатационные свойства. Маркировка расшифровывается в направлении слева направо. Она включает в себя следующие позиции:

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

В случае если доля легирующего элемента в металле составляет менее 1,5%, в маркировке она не указывается. По обозначению можно легко понять, к какому виду принадлежит металл. Например, пружинная сталь марок 65, 70, 75, 80 и 85 относится к категории углеродистых. Материалы, в маркировке которых присутствует минимум две позиции, причисляются к легированным, так как в их составе высокая концентрация легирующих элементов.

Характеристики

Основными свойствами материалов для изготовления стальных тормозных лент, пружин и прочих изделий, являются высокая текучесть и упругость. Значительное увеличение упругости достигается путем закалки сплава в масле при высоких температурах в диапазоне от +820 °C до +870 °C. После закаливания обязательно проводится отпуск в диапазоне температур от +400 °C до +480 °C. Если есть необходимость в повышении таких свойств металла как прочность, вязкость и пластичность, на производстве прибегают к изотермическому закаливанию.

На основании характеристик материала для создания пружин выделяются следующие группы металлов:

• по химическому составу – обычный, нержавеющий, легированный металл;
• по способу обработки – калиброванный, горячекатаный, кованый прокат, со специальной отделкой.

Металлы, идущие на изготовление пружин, обязательно проверяются и нормируются по химическому составу. В этом случае прокат классифицируется по категориям. Всего существует 14 категорий, которые обозначаются маркировкой от 1 до 4Б включительно. По некоторым характеристикам нормирование не выполняется. Например, металлы категорий 1, 1A, 1Б не нормируются на наличие обезуглероженного слоя и прокаливаемость.

Основные требования

К ключевым характеристикам пружинного проката предъявляются строгие требования ГОСТ. Основной список технических требований регламентируется ГОСТ 14959-79. В нем содержится перечень как углеродистых, так и легированных марок стали. Там же описаны требования по отношению к маркировке, упаковке, правилам транспортировки, хранения и применения проката из пружинных сталей.

Перечень некоторых требований:

• максимальная массовая доля меди – 0,2%, остаточное содержание никеля – не более 0,25%;
• сталь марки 51ХФА может использоваться исключительно для изготовления упругой проволоки;
• максимальная массовая доля серы и фосфора в стали марки 60С2Г – не более 0,06%.

Некоторые требования к пружинной стали могут не соблюдаться. Например, вышеупомянутый ГОСТ допускает изменение концентрации марганца в составе сплава по желанию заказчика. Однако это действие допустимо только для тех пружинных сплавов, в составе которых нет таких легирующих элементов как никель и хром. А также не рекомендуется сильно отклоняться от таблиц, в которых указаны допустимые концентрации элементов.

Особенности сталей

Рессорно-пружинная сталь – ряд марок, в процессе создания которой применяется метод пластической холодной деформации. Для реализации этого метода могут использоваться дробеструйные и гидроабразивные технологии. Специфические методы, используемые при производстве пружинных металлов, наделяют сплав не только положительными, но и отрицательными качествами. К минусам таких материалов можно отнести:

• сложность разрезания – этот процесс возможен, однако затрудняется обработка готовых изделий;
• плохая свариваемость – металлы для производства пружин совсем не предназначены для сваривания.

Отдельно надо выделить такую разновидность металлов как коррозионностойкая сталь. Это марка специального назначения, главной ее особенностью является высокая устойчивость к коррозионному разрушению. С целью наделения материала такими характеристиками в его состав добавляют легирующие элементы – никель и хром. Содержание никеля варьируется от 9 до 12%, а хрома – от 13 до 27%, в зависимости от необходимых свойств.

В целом пружинный металл пользуется высокой востребованностью, даже несмотря на некоторые недостатки. Применение таких материалов не ограничивается пружинами, фрикционными дисками и рессорами. Сталь используется и в фортепианных струнах, для проката проволоки и других целей.