11. РЕССОРНО-ПРУЖИННЫЕ СТАЛИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения.

Стали поступают в виде проволоки и ленты, а также горяче- и холоднокатаного проката или катанки, из которых изготовляют пружины. Стали для пружин (ГОСТ 14959-79) должны обладать высокими сопротивлением малым пластический деформациям пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.

Для получения этих свойств стали должны содержать более и быть, подвергнуты термической обработке — закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования (см. с. 197).

В табл. 9 приведены режимы термической обработки и механические свойства некоторых рессорно-пружинных сталей.

Путем легирования можно повысить температуру отпуска (выше интервала развития необратимой отпускной хрупкости), что позволяет наряду с высоким сопротивлением малым пластическим деформациям получить хорошие пластичность и вязкость.

Стали должны обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки немартенситных продуктов превращения аустенита (бейнита, ферритно-карбидной структуры, феррита), а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям. Наличие обезуглероженного слоя на готовых пружинах резко снижает пределы упругости и выносливости.

Для пружин малого сечения, закаливаемых в масле и испытывающих невысокие напряжения, применяют углеродистые стали 65, 70, 75, 85.

Таблица 9 (см. скан) Режимы термической обработки и механические свойства пружинных сталей

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали, содержащие Эти элементы обеспечивают необходимую прокаливаемость и закаливаемость, повышают релаксационную стойкость сталей и предел упругости.

В промышленности. наиболее часто применяют кремнистые стали Поскольку кремний повышает прокаливаемость, задерживает распад мартенсита при отпуске и значительно упрочняет феррит, кремнистые стали имеют высокие пределы текучести и упругости, что обеспечивает хорошие свойства. Кремнистые стали применяют для изготовления пружин вагонов, многих автомобильных рессор, в станкостроении, для торсионных валов и др. Однако кремнистые стали склонны к обезуглероживанию поверхностных дефектов при горячей обработке и графитообразованщо, что снижает предел выносливости. Дополнительное легирование кремнистых сталей увеличивает их прокаливаемость и уменьшает склонность к обезуглероживанию, графитизации и росту зерна при нагреве.

Стали имеющие высокую прокаливаемость, хорошую прочность (см. табл. 9) и релаксационную стойкость, применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь которая по технологическим свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь не склонная к перегреву и обезуглероживанию. Однако эта сталь имеет малую прокаливаемость и может применяться только для пружин с сечением проволоки, равным или менее 5—6 мм. Для увеличения прокаливаемости сталь легируют марганцем который снижает ударную вязкость. Оптимальная твердость рессор для получения максимального предела выносливости при более высокой твердости предел выносливости снижается. Предел выносливости стали, а следовательно, и долговечность рессор и пружин резко снижаются при наличии на поверхности различных дефектов (забоин, рисок, царапин и т. д.), играющих роль концентраторов напряжений.

Срок службы рессор может быть повышен гидроабразивной и дробеструйной обработками (ППД), создающими в поверхностных слоях остаточные напряжения сжатия, понижающие рабочие напряжения растяжения в наружных волокнах. После дробеструйной обработки предел выносливости повышается в 1,5-2 раза.

Широко применяют пружины, изготовленные из патентированной холоднотянутой проволоки (см. с. 197) и холоднотянутой ленты

из высокоуглеродистых сталей Высокие механические свойства проволоки достигаются патентированием и последующей протяжкой при степени деформации не менее 70 %. Временное сопротивление проволоки после 95 %-ной деформации (диаметр проволоки 1,4 мм) достигает 2600 МПа. Пружины после холодной навивки подвергают отпуску при для снятия напряжений, повышения предела упругости и релаксационной стойкости. Более часто применяют сталь, поступающую в виде проволоки диаметром от 6,0 до 0,15 мм и имеющую Нагартованная лента имеет

Кроме рассмотренных пружинных сталей общего назначения в машиностроении широко применяют пружинные стали и сплавы специального назначения. Кроме высоких механических свойств и сопротивления релаксации напряжений они должны обладать хорошей коррозионной стойкостью, немагнитностмо, теплостойкостью и другими особыми свойствами. К этим сталям относятся высоколегированные мартенситные (высокохромистые коррозионно-стойкие стали), мартенситно-стареющие, аустенитные (коррозионно-стойкие, немагнитные и жаропрочные) стали и др.