Пружинная сталь

• Базовые особенности пружинной стали
• Варианты применения пружинной стали разных марок
• Физические свойства пружинной стали разных марок
• Добавки к стали
• Недостатки пружинной стали
• Марки стали
• Производство пружинной стали
• Технологии изготовления пружинной стали всех марок
• Закалка пружинной стали разных марок
• Термический отпуск пружинных сталей различных марок
• Специфика работы с разными видами сталей
• Заключение о пружинных сталях

Этот сплав отличается одной уникальной характеристикой – способностью возвращаться в исходную форму, когда прекращается давление. Это свойство удобно, если не хотите, чтобы пружина лопнула или необратимо деформировалась. Используя пружинную сталь, можно получать износостойкую продукцию для нужд машиностроения и других отраслей промышленности.

Базовые особенности пружинной стали

Пружинная сталь – это сплав с низким процентным содержанием легирующих компонентов (в целом до 2,5%). Он нужен, чтобы изготавливать пружины, рессоры и другие изделия, где очень важна упругость – способность возвращаться к первоначальной форме после прекращения давления, скручивания, сгиба.

У пружинной стали хорошая сопротивляемость к процессу хрупкого разрушения. Наличие этого свойства особенно актуально при производстве узлов разных систем автомобилей, шасси небольших самолетов, отмычек. Металл отличается пластичностью и улучшенной упругостью благодаря отпуску в температурном диапазоне от +300 до +480°.

Свойства стали меняются из-за обработки, а не включения других компонентов. Если вы разожмете пружину, она вернется в привычную форму. При этом ее химические свойства и физические характеристики не изменятся.

Варианты применения пружинной стали разных марок

Как понятно из наименования категории, сталь пружинная нужна для создания пружин разного назначения. Однако, это не единственный вариант ее применения.

Пружинная сталь потребуется в следующих случаях:

• изготовление струн для фортепиано и других музыкальных инструментов;
• для антенн, зажимов, листовых рессор;
• создание мечей для спортсменов, занимающихся историческим фехтованием и участвующих в сценических боях;
• для гибких и износостойких отмычек;
• производство прокладок, уплотняющих соединения.

Состав низколегированного сплава и процентное содержание компонентов указано в маркировке. Например. 61Г – это дешевый, твердый и упругий материал, отличающийся невысокой прочностью на усталость (до 200 тысяч циклов). Благодаря высокому пределу текучести и силе пружина возвращается к исходной форме после скручивания.

Пружинную сталь используют при изготовлении торсов подшипников, кромок, шестеренок и других механизмов, которым важна улучшенная сопротивляемость к износу, способность выдерживать непрочное разрушение. Металл имеет повышенную пластичность, релаксационную стойкость, ограничение упругой деструкции.

Если пружинную сталь неправильно закаливать, изделия из этого металла отличаются ломкостью и легко крошатся. Поэтому мастера производства четко соблюдают технологию работ и рекомендованные температурные режимы работы со сталью.

Физические свойства пружинной стали разных марок

Металл способен справиться с динамической нагрузкой, изгибом или кручением и вернуть начальную форму. Это очень важное свойство в рессорном хомуте и пружинных изделиях.

Пружинная сталь отличается такими характеристиками:

• Сопротивляется упругой деформации. Стальную пружину сложно сжать, поэтому после разжимания она легко вернется к изначальной форме.
• Если на пружину из стали не давить, изделие вернется к исходному виду. Это называют низким показателем остаточного растяжения.
• Сохраняет кристаллическую структуру. Если пружину сжать, она не растрескается, не сломается. Это свойство становится возможным благодаря смешиванию стали с маленькими дозами никеля, хрома, других металлов.
• Если использованы легирующие компоненты, образующие тончайшую оксидную пленку, изделие из стали сопротивляется коррозии.
• Устойчива к различным химическим реакциям окисления и восстановления. Это свойство также объясняется добавками к стали.

Имеем дело с гибким, выносливым, пластичным сплавом. Он нашел применение в разных сферах промышленности, в том числе – химической и пищевой. С ним можно работать в широком температурном диапазоне (до +250°).

Добавки к стали

Свойства стали во многом зависят от количества легирующих добавок и технологий обработки. Для упругости пружинной стали металл закаливают по сечению. Если этого не сделать, высокий предел текучести будет заметен на отдельных частях изделия. При длительном давлении вероятен риск надлома или растрескивания.

Оптимальное количество углерода в стали – до 0,7%. Если превысить рекомендованную норму, риск растрескивания металла от долгой нагрузки существенно вырастет. В таком случае пружинная сталь станет бесполезной.

Рекомендованные концентрации легирующих добавок:

• добавление к стали никеля – до 2,5%;
• использование марганца – от 0,1 до 1,1%;
• добавление вольфрама – не более 1,2%;
• использование никеля – в пределах 1,7%;
• применение меди – обычно потребуется до 0,15%.

При работе со сталью используют закалку – укрепляющую термическую обработку при температуре от +800°C до +900°C. Эта процедура повышает предел текучести, но провоцирует выработку мартенсита (пересыщенного твердого углеродного раствора). Чтобы его разрушить, используют отпуск – нагрев легированной стали до +500°C с дальнейшим охлаждением заготовки. Требования к производству четко обозначены в ГОСТ.

Недостатки пружинной стали

Несмотря на выдающиеся физические характеристики стали с низким содержанием легирующих компонентов, нельзя закрывать глаза на два ее весомых недостатка. Далее расскажем о них подробнее.

Первый недостаток при работе с этой сталью – материал плохо поддается свариванию. Из-за закалки наружный слой немного деформируется и разрушается. Если расплавить внешний закаленный слой стали, вы создадите плохой сварной шов с трещинами.

Также такие металлы тяжело резать потому, что главное свойство пружинных сталей заключается в высокой сопротивляемости упругой деформации.

Однако, если правильно учесть преимущества и недостатки сплавов, можно максимально эффективно использовать их в производстве деталей.

Марки стали

По нормам ГОСТ каждому металлу присвоен уникальный короткий код, который должен рассказать о количестве легирующих элементов сплава и их процентном соотношении. Код состоит из комбинации буков и чисел. Сначала указано содержание углерода, а потом – соотношение металлов в порядке убывания.

Если нет цифр возле буквенного обозначения легирующего элемента, это указывает на то, что он содержится в малых дозах (до 1%). В коде перечислены все добавки, присутствующие в сплаве. Это позволяет заказчикам выбирать стали определенных марок, чтобы создавать продукцию с улучшенными характеристиками.

Самые популярные марки сталей:

• 50ХГ – марка стали с углеродной концентрацией до 0,5%. Ее используют при производстве рессор автомобилей и узлов для локомотивов. В сплаве сталей присутствуют малые марганцевых и хромовых присадок (до 1%).
• 60Г – рессорно-пружинная сталь с 0,6% углерода и марганцем до 1%. Она нужна для колец, тормозных башмаков автомобилей и мотоциклов.
• 70С3А – сплав сталей, состоящих из таких компонентов: углерод (0,7%), силиций (3%); азот (не более 1%). Нужна при создании упругих пружин в тяжелых нагруженных механизмах.
• 85 – сплав стали с 0,85% углерода и без других легирующих добавок. Используется при изготовлении АКПП. Аналогичной считается марка стали 65, где 0,65% углеродного содержимого.
• 70 Г2 – сплав сталей с углеродом (0,7%) и запасом марганца (до 2%), который нужен для создания ножей сельскохозяйственной техники.
• 60С2 – сплав, где до 2% кремния и всего 0,6% углерода. Он нужен для нагруженных валов, шайб, пружин различного назначения.

В составе сплава можно обнаружить небольшие концентрации марганца, вольфрама, кремния, хрома. Наибольшим спросом пользуются те виды стали, которые имеют однородную структуру, хорошее соотношение пластичности и прочности. Их задействуют при производстве пружин для железнодорожного транспорта. Например, сталь марки 55С2А содержит до 0,55% углерода, до 2% кремния и не более 0,025% фосфора и серы. Ее используют в производстве пружин локомотивов и дрезин. Сталь марки 55С2А также содержит до 0,2% меди.

Производство пружинной стали

Есть несколько видов поставки стали – «лист», «проволока», «квадрат» или «шестигранник». Производство выбирает форму поставки, учитывая способ обработки и финальный вид изделия.

Чтобы предоставить пружинную сталь с высокими эксплуатационными характеристиками, нужно учитывать такие особенности:

• структура – химический состав сплава, выбранные способы дальнейшей обработки заготовок;
• присутствие неметаллов в составе стали, которые можно устранить, делая выплавку и разливку;
• размер, форма детали (пружина из стали может быть спиральной или дугообразной).

Во время растягивания изделия, витки пружины подвергаются различным нагрузкам изнутри и снаружи. При этом внутренним виткам приходится иметь дело с наибольшей деформацией. Концы пружины используются для креплений, поэтому в этих местах также может быть повышенная нагрузка. С учетом этих характеристик компания «Стальмет» поставляет те виды стали, которые предпочтительно подходят для сжатия или растяжения. Мы четко соблюдаем требования ГОСТ. Организовываем оптовые или розничные поставки сталей с необходимыми вам характеристиками.

Технологии изготовления пружинной стали всех марок

Для получения сплава с необходимыми физическими характеристиками, мы используем два вида обработки стали: отпуск и закалку. Оба процесса нужно выполнять с четким соблюдением температурного режима и установленной технологии. В противном случае пружина легко раскрошится в процессе эксплуатации механизма, что очень неудобно предприятиям.

Особенности обработки металла:

• Закалка – это процесс упрочнения металла при высокой температуре. Эта процедура позволяет повысить предел текучести. Так можно получить упругий, ковкий, износостойкий материал для пружин разных видов транспорта.
• Закалка имеет весомый недостаток – образование мартенситных соединений внутри стали. Они делают так, чтобы материал был и твердым, и ломким одновременно. Чтобы избавиться от этого недостатка, такие соединения стоит разрушить.
• Отпуск – это процесс, направленный на разрушение мартенситных соединений в стали. В отличие от закалки, процедура предполагает нагревание до невысокой температуры с последующим остыванием. Так соединения разрушаются, и материал приобретает необходимые свойства.

Температура обработки зависит от легирующих компонентов и марки. Например, для марки 65Г рекомендовано закаливание при температуре до +850°, а отпуск – до +500°. Так можно устранить лишние напряжения внутри металла, придать стали необходимые характеристики. Процедура нормализации не нужна.

Закалка пружинной стали разных марок

Закалка улучшает показатели прочности и износостойкости вдвое. Однако, эти уникальные характеристики можно зафиксировать только в том случае, когда процедура выполнена с соблюдением технологии.

При закаливании играют роль такие параметры:

• способ нагрева стали;
• температура за окном;
• характер остывания пружинной стали;
• состав стали (сколько и каких легирующих добавок, сколько углерода);
• как сохраняется температурный диапазон;
• как охлаждают заготовку из стали после закаливания;
• как хранится металл разных марок.

Сплавы сталей с малым количеством легирующих компонентов лучше нагревать быстро, иначе углерод быстро испарится, что негативно скажется на свойствах стали. Однако, важно не допустить и неравномерного разогрева. Если металл разогрет неравномерно, может повыситься риск трещин, кромок, разрушения углов стали.

Оптимальный вариант – использование двух печей при работе со сталью. Первая печь постепенно повышает температуру до +700°. Потом пружинную сталь помещают в другую печь для финального закаливания.

Электрические печи логично использовать при закаливании тонкого металла, которому не нужен равномерный прогрев. В остальных случаях использование газовой печи – это практично, удобно и экономично при работе со сталью.

Время выдержки стали зависит от характеристик печи, формы изделия, марки, других особенностей. Материал со сложной формой нуждается в дополнительном прогреве. Квалифицированные специалисты производства проконтролируют процесс закаливания, чтобы металл приобрел необходимые прочностные характеристики, не стал подвержен повышенному риску образования трещин.

Термический отпуск пружинных сталей различных марок

Чтобы не иметь дело с твердыми мартенситными фракциями, мы выполняем отпуск сразу после закаливания сталей. Температурный режим данного процесса зависит от марки стали. Отпуск можно выполнять в пламенной или электрической печи. Длительность процедуры зависит от характеристик печи. Среднее время – от 30 до 150 минут при условии воздушного охлаждения. Обычно процедуру выполняют при температуре до +500°. Чтобы не повредить сплав стали, контрольные процедуры стоит выполнять только после того, как материал полностью остынет.

Специфика работы с разными видами сталей

Тонкую хладную деструкцию используют, чтобы сделать средне- и высокоуглеродный сплав более прочным. Если у стали нет особой устойчивости к коррозии, ей потребуется сильное накаливание. Различные методики обработки позволяют улучшать показатели прочности и износостойкости.

Чтобы повысить рубеж упругости, применяют методику масленой закалки при +880° с последующим отпуском. Так улучшаются рабочие способности сталей. Чтобы повысить пластичность, сделать материал более вязким и стабильным, можно использовать методику изотермического закаливания.

Самые популярные виды сталей:

• для рессор с повышенной устойчивостью к износу – марки 75,80 и 85;
• для изготовления узлов разного оборудования – 55ХГ, 55 ХГА, 55С2;
• для создания тяжелонагруженных пружин – 60 С2Г.

Большинство перечисленных марок сталей устойчиво к повышенным вибрациям. Все образцы восстанавливают форму после устранения причин деформации.

Заключение о пружинных сталях

Пружинная сталь – это сплав, имеющий повышенный предел текучести. В эту категорию относят стали, которые могут восстановить исходный внешний вид после того, как давление и другое воздействие прекратится. Такое свойство и объясняет использование данной группы сталей в производстве пружинных соединений – тормозных башмаков, фрикционных дисков, рессор, шестеренок, колец.

Металл проходит процедуру закалки с последующим отпуском, чтобы получить свои выдающиеся характеристики. При этом в сплаве немного легирующих компонентов. Обычно в нем до 1% углерода, а также небольшие дозы вольфрама, марганца, азота, меди. Допустимы также минимальные концентрации неметаллов (обычно до 0,025%).

Главными минусами таких сталей считают неудобную резку и проблематичную сварку. Однако, они прекрасно переносят сжатие. Если обработка выполнена с соблюдением температурного режима и технологии, материалу не грозит риск крошения и образования трещин.

Возможно производство сталей с такими особенностями:

• регулирование участков мартенсита;
• контроль микроструктуры металла;
• сниженный минимальный порог углерода и его максимальная концентрация в составе сталей;
• проверка металла на усталость;
• фиксация предела упругости сталей;
• ограничение концентрации неметаллов в составе.

Производство пружинных сталей – это двухэтапный процесс. Сначала металлу придают повышенную прочность благодаря специальной термической обработке в печи (закалке). Так предел текучести повышен, но вырабатывается мартенсит. Чтобы от него избавиться, переходят ко второму этапу производства сталей – отпуску. Потом материал самостоятельно остывает на открытом воздухе.

Чтобы получить материал с выдающимися характеристиками, нужно четко соблюдать нормы ГОСТ касательно технологий обработки и использования легирующих добавок.