Пружинные стали

Пружины, рессоры и другие упругие элементы работают в области упругой деформации материала. В то же время многие из них подвержены влиянию циклических нагрузок. Поэтому основные требования к пружинным сталям - это обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению. Это достигается закалкой с последующим отпуском при температуре в районе 300-400 ° С. При такой температуре отпуска предел упругости (текучести) получает наиболее высокое значение, а то, что эта температура лежит в интервале развития отпускной хрупкости I рода, в силу указанного выше обстоятельства не имеет большого значения.

Основные требования, предъявляемые к рессорно-пружинной стали:

Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям - обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). Эти характеристики обеспечивают точность и надежность работы пружин и постоянство во времени таких эксплуатационных свойств, как крутящий момент, силовые параметры. Пружинные стали в виде проволоки и ленты упрочняют холодной пластической деформацией и закалкой на мартенсит с последующим отпуском. Готовые пружины подвергают стабилизирующему отпуску. 

На качество и работоспособность пружины большое влияние оказывает состояние поверхности. При наличии трещин, или других поверхностных дефектов пружины оказываются неустойчивыми в работе и разрушаются, вследствие развития усталостных явлений в местах концентрации напряжений вокруг этих дефектов. 

Стали для пружин и рессор содержат 0,5-0,75% С, их также дополнительно легируют:

- Кремнием (до 2,8%),

- Марганцем (до 1,2%),

- Хромом (до 1,2%),

- Ванадием (до 0,25%),

- Вольфрамом (до 1,2%),

- Никелем (до 1,7%);

При этом происходит измельчение зерна, способствующее росту сопротивления стали малым пластическим деформациям, а следовательно, ее релаксационной стойкости.

Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70С3А. Однако, они могут подвергаться обезуглероживанию, графитизации, резко снижает характеристики упругости и выносливости материала. Устранение указанных дефектов, а также повышение прокаливаемости и торможение роста зерна при нагреве достигается дополнительным введением в кремнистые стали хрома, ванадия, вольфрама и никеля.

Лучшими технологическими свойствами, чем кремнистые стали, обладает сталь 50ХФА, широко используемая для изготовления автомобильных рессор. Клапанные пружины делают из стали 50ХФА, не подверженной обезуглерожианию и перегрева, но имеет малую прокаливаемость.

Термическая обработка легированных пружинных сталей (закалка 850-880 В ° С, отпуск 380-550 В ° С) обеспечивают получение высоких пределов прочности и текучести. Применяется также изотермическая закалка.

Для изготовления пружин также используют холоднотянутая проволока (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г, 70, У8, У10 и др

Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенситно-мартенситных (09Х156Н8Ю) и других сталей и сплавов.

Изготавливают согласно ГОСТ 14959-79

Сталь: 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г, 55С2, 60С2, 70С3А, 60С2Г, 50ХГ, 50ХГА, 55ХГР, 50ХФА, 51ХФА, 50ХГФА, 55С2ГФ, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 60С2Н2А, 70С2ХА.

Заменители некоторых марок стали:

Сталь 65Г - 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2;

Сталь 50ХФА - 60С2А, 60ХГФА, 9ХС.

Назначение рессорно-пружинной стали:

- 60С2, 60С2А - для рессор из полосовой стали толщиной 3 - 16 мм и пружинной ленты толщиной 0,08 - 3 мм; для витых пружин из проволоки диаметром 3 - 16 мм. Обрабатываются резанием плохо. Максимальная температура эксплуатации 250 В ° С

- 70ЗА - для тяжелонагруженных пружин ответственного назначения. Сталь подвержена графитизации.

- 50ХГ, 50га - для рессор из полосовой стали толщиной 3-18 мм. Обрабатывается резанием плохо.

- 50ХФА, 50ХГФА - для ответственных пружин и рессор, работающих при повышенной температуре (до 300 В ° С), для пружин, подвергающихся многократным переменным нагрузкам.

- 60С2ХА - Для крупных высоконагруженных пружин и рессор ответственного назначения.

- 60С2Н2А, 65С2ВА - для ответственных высоконагруженных пружин и рессор, изготовленных из калиброванной стали и пружинной ленты.