Рессорно-пружинные стали: свойства, термообработка и марки

Свойства, термообработка и марки рессорно-пружинной стали

Пружины, рессоры и другие упругие детали должны раз за разом возвращаться к исходной форме, не «уставая» и не меняя размера. Такое поведение обеспечивает особая группа сплавов. Ниже разобрано, что относят к рессорно-пружинным сталям, за счёт чего достигаются их упругие качества, как их обрабатывают и какие марки применяют на практике.

Какими свойствами обладают рессорно-пружинные стали?

Главное требование к таким сплавам вытекает из назначения детали: размер пружины не должен ни увеличиваться, ни уменьшаться в работе. Отсюда две ключевые характеристики — низкий коэффициент остаточного растяжения и высокое сопротивление упругим деформациям.

Нужные эксплуатационные и конструкционные качества получают, протягивая заранее патентированную проволоку при низкой температуре с сильной обтяжкой материала. Чтобы свойства оказались одинаковыми по всему сечению, сталь подвергают сквозному прокаливанию — именно оно даёт гомогенную структуру во всём объёме заготовки.

Что представляет собой патентирование?

Патентирование выполняют между двумя вытяжками проволоки. Сталь нагревают выше температуры образования аустенита, а затем охлаждают в ванне с расплавленным свинцом.

Каков химический состав этих сталей?

Основой рессорно-пружинных сталей служит углерод: его доля составляет от 0,5 до 0,8 %. К нему добавляют легирующие элементы, каждый со своей ролью:

• кремний — до 2,5 %;
• никель — до 1,7 %;
• марганец — до 1,3 %;
• вольфрам — до 1,3 %;
• хром — до 1 %.

Марганец и хром усиливают сопротивление стали малым пластическим деформациям. Никель и вольфрам, в свою очередь, формируют тонкую и однородную карбидную фазу, которая мешает движению дислокаций.

Как выполняют термообработку?

Закалку рессорно-пружинной стали ведут при температуре от 850 до 880 °C. Однако сразу после неё упругие свойства проявляются лишь слабо — виной тому образование мартенсита. Чтобы поднять эти свойства, сталь отпускают.

Отпуск проводят при 420–510 °C. В этом диапазоне формируется троостит, и упругая деформация сплава растёт: предел прочности достигает 1200–1900 МПа, а предел текучести — до 1200 МПа. Если же закалку выполняют изотермически, при постоянной температуре, дополнительно улучшаются вязкость и пластичность.

В чём достоинства и недостатки?

Благодаря хрому и молибдену рессорно-пружинные стали неплохо сопротивляются коррозии. Это продлевает срок службы изделий и снижает риск появления трещин.

Есть у них и слабые стороны:

1. Плохая свариваемость. Причина — разрушение наружного слоя материала или локальный перегрев изделия.
2. Сложность резки. Её вызывает высокое сопротивление сплава деформации.

Как классифицируют рессорно-пружинные стали?

В основу систематизации кладут два признака.

По способу обработки различают стали кованые, горячекатаные, калиброванные, горячекатаные круглые с обточенной поверхностью, а также стали со специальной обработкой наружных поверхностей.

По химическому составу сплавы делят на качественные и высококачественные.

Какие марки применяют на практике?

Углеродистые стали марок 65, 75, 60Г, 65Г и 75Г отличаются невысокой релаксационной стойкостью, особенно заметной при нагреве. Работать при температуре выше 100 °C они не могут, поэтому идут на пружины небольшого сечения.

Недорогие кремнистые стали 55С2, 60С2 и 70С3А устойчивы к росту зерна при нагреве под закалку, но склонны к обезуглероживанию. Этот поверхностный дефект опасен 

Когда поверхностные дефекты отсутствуют, предел выносливости при изгибе достигает не менее 500 МПа, а при кручении — около 300 МПа. Чтобы уменьшить чувствительность к концентраторам напряжений, готовые изделия обдувают дробью.