Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Библиотека пружинщика

Пружинные стали и сплавы

Такие пружины нужны для ситуаций, далеких от экстремальных. Они не подвергаются большим нагрузкам или запредельным температурам, не рассчитаны на долгие циклы работы или высокое давление. В качестве сырья для производства таких пружин сжатия, растяжения и т.д. часто используется холоднотянутая нагартованная сталь с большим содержание углерода. Ее технических свойств достаточно, чтобы выдержать необходимые средние нагрузки, плюс, она имеет невысокую стоимость, а значит, готовые изделия обходятся недорого.

Цикличные нагрузки

Если пружина должна постоянно выдерживать цикличные нагрузки, например, в различных клапанах или измерительных приборах, то для ее изготовления стоит выбирать легированную сталь. Данный материал также относится к высокоуглеродистым сталям, но в его состав входят и иные элементы, обеспечивающие лучшую прочность и устойчивость к деформациям. Часто легированная стать используется для выпуска торсионных пружин.

Производство пружин сжатия

Высокие температуры

Работа некоторых агрегатов неразрывно связана с воздействием больших температур, порой экстремальных. Примером могут служить турбины, температура внутри которых достигает 800 градусов. Разумеется, пружины в таких аппаратах должны хорошо сопротивляться воздействию жара. Для их создания подходит жаропрочный никелевый сплав. Никель имеет высокую температуру плавления, а в состав сплава входит до 70% этого металла. Подобные сплавы широко применяются в авиационной и аэрокосмической промышленности, где тоже необходимы пружины сжатия, растяжения, торсионы и т.д.

Агрессивные среды

К сложным условиям эксплуатации относятся и среды, вызывающие коррозию металла. Для изготовления пружин сжатия, растяжения и иных видов изделий, которые будут подвергаться воздействию средне- и высокоагрессивных веществ, также применяется никелевый сплав, но с большим содержанием хрома – до 30%. Именно хром придает устойчивость продукции и делает ее долговечной.

Производство пружин сжатия

Серьезные нагрузки и агрессивные среды

Существуют также материалы, которые в равной степени подходят для работы в условиях больших нагрузок и при воздействии опасных для металла веществ. В частности, это титан. Его высокая удельная прочность весьма ценится в таких отраслях промышленности, как авиа- и ракетостроение. Для химической промышленности, цветной металлургии, судостроения важнее другое качество титана – сопротивляемость коррозии. Кроме того, титан имеет малую плотность, это означает, что узлы с пружинами сжатия или растяжения из этого металла будут иметь меньшие габариты и вес, нежели механизмы с пружинами из иных материалов, при аналогичных параметрах.

Дополнительные покрытия

Иногда пружины дополнительно покрываются специальными составами для усиления каких-либо свойств – антикоррозионных, противодеформационных и т.д. Это может быть оцинкование, фосфатирование, хромирование, покрытие полимерным порошком и проч.

В нашем каталоге вы найдете пружины сжатия, растяжения и иных типов всех размеров с различными видами покрытий, пригодные для работы в разных условиях.

Рессорно-пружинные стали

Рессорно-пружинные стали – это специальные стали, которые предназначаются для производства различных упругих элементов, в частности пружин и рессор.

Рессорно-пружинные стали

Данный тип материала относится к высоко- и среднелегированным сталям. Главное отличие рессорно-пружинной стали от иных видов – это значительно увеличенный предел текучести данного материала. Другими словами можно сказать, что этот тип обладает высокой степенью упругости, то есть возвращается в исходные состояния и форму после устранения нагрузки. Это параметрическое свойство обусловлено областью применения рессор и пружин. В нормальном режиме работы они постоянно подвергаются сжатию/растяжению или упругой деформации и должны выполнять свои функции даже после большого цикла наложения и снятия деформации. Также данный материал должен обладать хорошей пластичностью и высокой стойкостью к хрупким разрушениям.

Читайте так же:
Омбг 3 содержание драгметаллов

Основными легирующими элементами являются кремний, марганец, вольфрам и никель. Эти присадки увеличивают сопротивление пластическим и упругим деформациям путем измельчения зерна сплава. Готовым продуктом можно считать и проволоку, которую в дальнейшем применяют при изготовлении витых и компонованных пружин.

Свойства рессорно-пружинной стали

Основными характеристиками для данного вида сталей является высокое сопротивление упругим деформациям и низкий коэффициент остаточного растяжения. Это связано с недопустимостью увеличения или уменьшения конструкционного размера пружины.

Стальная пружина

Хороших конструкционных и эксплуатационных свойств добиваются, протягивая заранее патентированную проволоку при низких температурах, при этом производят сильную обтяжку материала.

Процесс патентирования ведется в промежутке между двумя вытяжками, сталь нагревают выше температурной точки образования аустенита и затем охлаждают в ванне с расплавом свинца, при этом аустенит переходит в тонкопластинчатый сорбит и увеличивается её механическая прочность.

Для достижения одинаковых физико-химических свойств по всему сечению материала пружинная сталь должна пройти процесс прокаливания сквозной методикой, это обеспечит гомогенную структуру по всему сечению. Особенно важен этот метод для изготовления рессор и пружин большого диаметра, когда неравномерность свойств исходного материала может привести к разрушению готового изделия.

Как для любого другого материала, для рессорно-пружинной стали характерно наличие в составе углерода. В данном случае его содержание может колебаться в пределе 0.50-0.80 % от массы сплава. Дополнительно используют такие легирующие добавки:

  • кремний – до 2.5 %;
  • марганец – до 1.3 %;
  • вольфрам – до 1.3 %;
  • никель – до 1.7 %.

Микроструктура рессорно-пружинной стали

Микроструктура рессорно-пружинной стали

Стоит заметить, что хром и марганец при совместном легировании увеличивают сопротивление стали низким пластичным деформациям. Никель и вольфрам образуют тонкую и однородную структуру карбидной фракции, которая препятствует дислокации.

Рессорно-пружинная сталь очень критична к деформациям наружного слоя материала, так как эти напряжения являются концентраторами возможных дефектов готового изделия.

Закалка данного типа производится при температурах 850 – 880 о С, но после такой термической обработки сталь проявляет слабые упругие свойства из-за образования мартенсита, для повышения данного типа свойств её отпускают при температурах порядка 420-510 о С, что способствует образованию троостита и повышению упругой деформации сплава до предела прочности 1200-1900 МПа и пределу текучести 1100-1200 МПа. При этом проведение закалки изотермически – при постоянной температуре – положительно сказывается на показателях пластичности и вязкости материала.

Стали данного типа обладают хорошими антикоррозионными свойствами из-за наличия в составе сплава таких легирующих добавок как хром и молибден. Это положительно сказывается на длительности эксплуатации и препятствует образованию трещин во время работы.

Стоит отметить так же несколько основных недостатков рессорно-пружинной стали:

  • плохая свариваемость – это обусловлено разрушением наружного слоя материала и локальном перегреве детали;
  • сложность резки – некоторые трудности возникают при попытках реза такого типа стали, связанно это напрямую с большим сопротивление деформации.
Читайте так же:
Станок для заточки концевых фрез по металлу

Классификация пружинных сталей

Для начала разберем маркировку такого типа материала, чаще всего она имеет вид «50А2БВГ», где:
50 – содержание углерода в долях процента;
А2 – легирующий элемент №1 и его содержание в процентах;
Б,В,Г – легирующие элементы №2,3,4 и т.д.

Важно! Если после обозначения легирующего элемента не стоит число, значит, его массовое содержание не превышает 1.5%, если число 2 – массовая доля больше 1,5%, но меньше 2,5%, если 3 – массовая доля выше 2,5%.

Например, сталь 50ХГФ – это сплав, в котором содержание углерода составляет 0,50%, и легирующие компоненты хром, марганец и ванадий составляют меньше 1,5%.

Если в маркировке стали есть только цифра, например, ст 50, ст 65 и др., это обозначает, что она относится к углеродистым сталям, а если в названии есть минимум 2 элемента, такая рессорно-пружинная сталь относится к легированным.

Рассмотрим основные классификации данного типа:

  1. По способу обработки:
    1. Кованный и горячекатаный.
    2. Калиброванный.
    3. Со специальной обработкой наружных поверхностей.
    4. Горячекатаный круглый с обточенной поверхностью.
    1. Качественная.
    2. Высококачественная.

    Марка рессорно-пружинной стали дает возможность определить её конструкционные и физико-химические свойства, определить область использования и возможности по механической обработке.

    Область использования пружинной стали

    Исходя из названия, можно сделать вывод, что данный вид предназначен для использования в областях, связанных с большими упругими деформациями, растяжением, скручиванием. Применяют такую сталь для изготовления всевозможных видов пружин для разнообразного технологического оборудования, полосок стали под рессоры, суппорты и прочее.
    Основные области использования:

    • производство рессор автомобилей и тяжелой техники;
    • производство пружин для технологично оборудования, при этом это относится к пружинам на сжатие и растяжение;
    • пружины плоские, цилиндрические, сложные из прутков различных сечений и др.
    • упругие элементы тяжелой техники, станкового оборудования;
    • пружины тракторной техники и локомотивной техники;
    • ножи земельной техники;
    • блокировочные и тормозные устройства;
    • обоймы подшипников.

    Рессора автомобиля

    Рассмотрим сводную таблицу самых распространенных марок рессорно-пружинных сталей с указанием их маркировки и области применения:

    МаркировкаОсновные легирующие компонентыЭксплуатационные особенности
    50ХГХром, марганецРессоры автомобилей, пружины железнодорожной техники
    50ХСАХром, кремний, азотУпругие элементы часовой техники
    55ХГРХром, марганец, борШтамповка пластин рессор
    60С2КремнийВалы с нагрузкой на скручивание, цанги, подпружиненные шайбы
    60ГМарганецПружинные кольца, бандажи, тормозные башмаки
    65Детали, работающие в условиях высокого трения
    65С2ВАКремний, вольфрам, азотРессоры и пружины, работающие под высокой динамической нагрузкой
    70Г2МарганецНожи для землеройных машин
    70С3АКремний, азотТяжело нагруженные пружины механизмов
    85Фрикционные диски с высокой прочностью

    Как видно из таблицы, величина и количество легирующих присадок напрямую отвечают за износостойкость и механическую прочность деталей. Видно, что с повышение содержания углерода от 0,5% до 0,85% увеличивается прочность и упругость материала, хром препятствует образованию ржавчины, вольфрам повышает твердость и красностойкость стали, а марганец увеличивает стойкость к ударам.

    Пружинная сталь

    Пружинная сталь — это низколегированный сплав, среднеуглеродистая или высокоуглеродистая сталь с очень большим пределом текучести. Это позволяет изделиям из пружинной стали возвращаться к исходной форме несмотря на значительный изгиб и скручивание.

    Большинство пружинных сталей (как те, что используются в автомобилях) закалены и отпущены до значения 45 по шкале C Роквелла.

    Содержание

    Классы

    Кремний является ключевым компонентом большинства пружинных стальных сплавов. В США самой часто используемой пружинной сталью является ASTM A228 (0.80–0.95% углерода), которая также известна под названием «музыкальная проволока» («music wire») или «пианинная проволока» («piano wire»). [1]

    Классы пружинной стали

    Класс по SAE (класс по ASTM)СоставПредел текучестиМаксимальная твёрдость (HRC)Комментарии
    1074/1075 [2]50Бесчешуйная воронёная сталь
    1095 (A684) [2]413-517 МПа61Воронёная пружинная сталь
    5160 (A689) [3]669 МПа63Хромово-кремниевая пружинная сталь; устойчива к усталости
    92551.50-1.80% Si, 0.70-1.00% Mn и 0.52-0.60% C
    301 Spring-tempered нержавеющая сталь (A666) [4]1014 МПа42

    Применение

    Применяется для изготовления пружин и тому подобных изделий, например, торсионов и рессор. Из-за устойчивости к изломам и трещинам пружинная сталь также широко используется при производстве металлических шпаг для сценических сражений. Пружинная сталь это один из самых популярных материалов при изготовлении отмычек по причине эластичности и гибкости. Также используется для фортепианных струн и пружинных хомутов.

    См. также

    Примечания

    1. Oberg et al. 2000, p. 286.
    2. 12«McMaster-Carr catalog» (116th ed.), McMaster-Carr, с. 3630 , <http://www.mcmaster.com/#catalog/116/3630> . Проверено 3 сентября 2010.  
    3. «McMaster-Carr catalog» (116th ed.), McMaster-Carr, с. 3632 , <http://www.mcmaster.com/#catalog/116/3632> . Проверено 3 сентября 2010.  
    4. «McMaster-Carr catalog» (116th ed.), McMaster-Carr, с. 3662 , <http://www.mcmaster.com/#catalog/116/3662> . Проверено 3 сентября 2010.  

    Литература

    • Oberg Erik Machinery’s Handbook / Christopher J. McCauley, Riccardo Heald, and Muhammed Iqbal Hussain. — 26th edition. — New York: Industrial Press Inc, 2000. — ISBN 0-8311-2635-3
    • Сталь
    • Материаловедение

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    Полезное

    Смотреть что такое «Пружинная сталь» в других словарях:

    пружинная сталь — spyruoklinis plienas statusas T sritis chemija apibrėžtis Plienas su nedideliu kiekiu C, Si, Mn, Cr ir V. atitikmenys: angl. spring steel rus. пружинная сталь … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

    РЕССОРНО-ПРУЖИННАЯ СТАЛЬ — сталь, предназначенная для изготовления пружин, рессор и других деталей машин. Рессорно пружинную сталь подразделяют на углеродистые (марки 65, 70, 80, 85) и легированые (марки 60Г, 55С2, 50ХГ, 55С2ГФ, 65С2В2, 70С2Х и др.). В марках первые две… … Металлургический словарь

    Рессорно-пружинная сталь — сталь, предназначенная для изготовления пружин, рессор и других деталей машин. Рессорно пружинные стали подразделяют на углеродистые (марки 65, 70, 80, 85) и легированные (марки 60Г, 55С2, 50ХГ, 55С2ГФ, 65С2В2, 70С2Х и др.). В марках первые две… … Энциклопедический словарь по металлургии

    рессорно-пружинная сталь — [spring steel] конструкционная качественная сталь преимущественно перлитного класса для изготовления упругих элементов (пружин, рессор, мембран, сильфонов и др.); характеризуется после упрочнения в результате мартенситного превращения и(или)… … Энциклопедический словарь по металлургии

    Сталь — [steel] 1. Сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % С, постянные примеси, а также легирующие элементы. 2. Вид продукции металлургического производства в ЧМ (Смотри также Прокат). Сталь классифицируется в национальных стандартах и… … Энциклопедический словарь по металлургии

    сталь для холодного выдавливания и высадки — [cold heading steel] горячекатаная калибровонная сталь круглого или шестигранного сечения, а также круглая сталь со специальной отделкой поверхности, предназначенная для изготовления изделий методом холодного выдавливания и высадки, для которой… … Энциклопедический словарь по металлургии

    сталь для железнодорожного транспорта — [railway steel] конструкционная углеродная и низколегированная сталь, используемая при строительстве наземных железнодорожных путей (рельсы, стрелки, рельсовые скрепления и др.) и подвижного железнодорожного состава (колеса, бандажи, оси и др.).… … Энциклопедический словарь по металлургии

    сталь Гадфильда — [Hadfield steel] высокомарганцовистая аустенитная сталь, содержащая 0,9 1,3 % С и 11 14 % Mn (типа 110Г13); разработана немецким инженером Гадфильдом в 1883 г. Сталь Гадфильда при низкой твердости обладает необычно высокой износостойкостью при… … Энциклопедический словарь по металлургии

    Сталь (сплав железа с углеродом) — Сталь (польск. stal, от нем. Stahl), деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и др. элементами. С. ‒ важнейший продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой практически всех отраслей промышленности. Масштабы… … Большая советская энциклопедия

    Сталь — I (Staël; по мужу Сталь Гольштейн; Staël Holstein) Анна Луиза Жермена де (16 или 22.4.1766, Париж, 14.7.1817, там же), французская писательница, теоретик литературы, публицист. Дочь Ж. Неккера. Получила разностороннее домашнее образование … Большая советская энциклопедия

    Пружинная сталь

    Многие упругие элементы выполняют ключевую роль в работе различных узлов и механизмов. В процессе эксплуатации они подвергаются многочисленным знакопеременным нагрузкам, под воздействием которых обратимо деформируются, возвращая свою исходную форму и габариты после завершения нагрузки. Характерным отличием их функционирования является то, что при существенных статичных и ударных воздействиях они получают лишь упругое деформирование, а остаточное – не возникает.

    Что такое пружинная сталь?

    Пружинная сталь представляет собой средне- или высокоуглеродистую сталь с малым объемом легирующих элементов (до 2,5 %), но значительным пределом текучести. Это обуславливает свойство изделий из такого металла приобретать первоначальную форму, невзирая на существенный изгиб, излом, кручение и динамическое нагружение. Эта особенность используется в производстве пружинных изделий, металлических шпаг, фортепианных струн и рессорных хомутов.

    Пружинная сталь

    Закалка пружинной стали с последующим отпуском при 400-500 °С до величины 45 HRC являются обязательными этапами производства. Пружины из неграмотно закалённого материала становятся ломкими и легко крошатся. Термическая обработка пружинных сталей на многих производствах основательно освоена термистами и выполняется в соответствии с регламентированными в стандартах режимами.

    Главные требования, которые ставятся к пружинным сталям и сплавам – обеспечение повышенных показателей гибкости, пластичности, выносливости, сопротивляемости хрупкому разрушению, устойчивости к ослаблению напряжений. Достигается это в большей степени благодаря добавлению легирующих элементов. Кремний – основополагающий компонент стальных сплавов данного типа. Расплавляясь в феррите, он содействует образованию стойкой неоднородности углеродных атомов, задерживающих дислокацию. Параллельно с увеличением твердости сплава, кремний существенно уменьшает ее пластичность и обуславливает обезуглероживание, что очень ограничивает использование недорогих, чисто кремнистых сплавов.

    Свойства и применение пружинной стали

    Наличие кремния в разных рессорно-пружинных сталях составляет 0,17-2,60% в зависимости от класса. Помимо этого, полезными легирующими добавками считаются хром и марганец при совокупном легировании, поскольку они увеличивают сопротивляемость к низким пластическим деформациям, одновременно увеличивая многие технологические свойства сплава. Добавление ванадиевых, молибденовых и вольфрамовых включений обеспечивает образование стойкой тонкой однородной структуры и карбидной фракции, блокирующей дислокацию. Для улучшения технико-эксплуатационных свойств в состав стали вводят микродозы бора.

    Рессорно-пружинные стали

    Максимальными физико-механическими качествами отличаются пружинные стали марки 70СЗА и 60С2ХА. Их параметры упругости достигают 1100 МПа, а твердость – до 48 HRC по шкале Роквелла. При этих показателях металл чувствителен к концентраторам напряжений (поверхностным дефектам). При их отсутствии параметры выносливости металла на изгиб – выше 550 МПа, а на кручение – 350 МПа. Для снижения этой чувствительности готовые изделия получают наружный паклен обдуванием дробью. В результате такого упрочнения показатели выносливости возрастают в 2 раза.

    Нержавеющая проволока из пружинной стали используется для изготовления пружин сжимания, растяжения и кручения, эксплуатирующихся без изоляции в дистилляте, водно-паровой среде, солевых, щелочных и спиртовых растворах, морской воде. Такая проволока оптимально подходит для производства пружин, использующихся в химико-пищевой отрасли, для работы в температурном диапазоне −250 °С…+250 °С.

    Стальная пружинная проволока

    Конструкционная пружинная сталь 65г получила наибольшее распространение в производстве упругих частей разных механизмов (рессор, пружин и шайб) благодаря дешевизне, повышенной твердости и упругости. Единственным недостатком, ограничивающим ее использование в приборостроении, является невысокая усталостная прочность (менее 200.000 циклов). Сталь этой марки обладает твердостью в незакаленном виде 25 HRC, после закалки она возрастает до 61 HRC.

    Легированная пружинная сталь 60с2а характеризуется дешевизной, высокой упругостью, износоустойчивостью, отсутствием отпускной хрупкости. Такой металл не боится деформации от физико-механических контактов и давления. Он не нуждается в защитном покрытии, может эффективно эксплуатироваться при обычной влажности. Максимальная температура его применения – не более 250 ºС. Используется в производстве разнообразных изделий металлопроката.

    Сталь пружинная нержавеющая

    Сталь пружинная листовая актуальна в производстве морского, пищевого и медицинского оборудования, где рабочая среда требует повышенной коррозиеустойчивости. По прочности такая сталь немного уступает нержавеющей.

    Коррозионная стойкость пружинных нержавеющих сталей связана с повышенным уровнем хрома и молибдена. Кроме этого, они сочетают в себе прекрасную сопротивляемость к трещинообразованию под нагрузкой и значительную физико-механическую прочность.

    Сварка пружинной стали имеет свои сложности. Как правило, предварительно металл упрочняется термоспособом, а при проведении сварки данное упрочнение разрушается. Решением проблемы может быть сварка соответственным ферритным электродом за счет предварительного нагревания и дальнейшего отпуска для предотвращения трещин в области термовоздействия. При сварке аустенитными электродами на основе нержавейки или никеля риск образования трещин уменьшается за счет повышенной растворенности водорода и хорошей пластичности плавящегося металла.

    Сварка пружинной стали

    Официально принята буквенно-цифровая система маркировки пружинной стали. Главные легирующие добавки имеют специальный буквенный код. Числовое обозначение показывает уровень процентного содержания конкретного элемента. Если количество отдельного компонента не превышает 1,5 %, то число после буквенного индекса не указывают. Уровень углерода отображается в начале шифра в сотых долях %.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector