Сталь рессорно-пружинная идёт на изготовление рессор, пружин, буферов и других деталей, применяемых в закалённом и отпущенном состоянии, работающих в условиях динамических и законопеременных нагрузок. Указанная сталь должна обладать высокими пределами упругости (текучести) и выносливости при достаточной пластичности и вязкости. Эти свойства достигаются после термической обработки (закалки и последующего среднего отпуска). В качестве рессорно-пружинной применяют углеродистую сталь с повышенным содержанием углерода, а для ответственного назначения - легированную сталь.
ГОСТ 14959-79 распространяется на горячекатаный и кованый сортовой прокат диаметром или толщиной до 250 мм, а также на прокат калиброванный и со специальной отделкой поверхности.
Стандарт классифицирует прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали по способу обработки, химическому составу и другим признакам.
По способу обработки прокат подразделяют на: горячекатаный и кованый со специальной отделкой поверхности, горячекатаный круглый с обточенной или шлифованной поверхностью.
По нормируемым характеристикам и применению прокат делят на категории 1, 1А, 1Б, 2, 2А, 2Б, 3, ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ, 4, 4А, 4Б. Прокат категорий 2, 2А, 2Б, 3, ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ предназначен для изготовления упругих элементов - рессор, пружин, торсионов и т.п.; категорий ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ - для изготовления автомобильных рессор и пружин; категорий 1, 1А, 1Б, 4, 4А, 4Б - для использования в качестве конструкционного материала. Прокат изготовляют в термически обработанном состоянии (отожжённом или высоко отпущенном) - категории 1А, 2А, 2Б, ЗВ, 4А или без термической обработки - категории 1, 1Б, 2, 2Б, 3, ЗБ, ЗГ, 4, 4Б.
По химическому составу сталь делится на качественную и высококачественную (в конце обозначения марки высококачественной стали ставится буква А). Массовая доля серы и фосфора в качественной стали составляет не более 0,035% (каждого элемента отдельно), а в высококачественной -- не более 0,025%.
В стали всех марок остаточная массовая доля меди не должна превышать 0,20%, а никеля - 0,25%.
Свойства, технические требования, термическая обработка, назначение.
Углеродистая рессорно-пружинная сталь более дешёвая, чем легированная, но отличается низкой коррозионной стойкостью и малой прокаливаемостью. Её используют лишь для изготовления пружин небольшого сечения. Легирование стали (кремнием, марганцем, хромом, а для деталей особо ответственного назначения также никелем, ванадием, вольфрамом) повышает прочностные свойства, прокаливаемость, предел выносливости и релаксационную стойкость.
В процессе релаксации часть упругой деформации переходит в пластическую (остаточную), поэтому пружины и рессоры с течением времени могут терять свои упругие свойства. Легированные стали, имея повышенную релаксационную стойкость, обеспечивают более надёжную работу машин, приборов, автоматов, чем углеродистые.
На предел выносливости рессорно-пружинной стали влияет состояние поверхности проката, так как наружные дефекты могут служить концентраторами напряжений и причиной образования усталостных трещин. Поэтому к качеству поверхности проката предъявляют повышенные требования. Так, например, на поверхности прутков, полос и мотков, предназначенных для горячей обработки и холодного волочения, не должно быть раскатанных пузырей, прокатных плен, закатов, раскатанных и раскованных загрязнений и трещин. Обезуглероживание поверхности также снижает усталостную прочность стали, поэтому глубина обезуглероженного слоя сталей регламентируется.
Высокие требования предъявляются также к макроструктуре стали: на изломах или на протравленных поперечных темплетах не должно быть остатков усадочнойаковины, рыхлости, пузырей, расслоений, трещин и других пороков.
Следует заметить, что упругие и прочностные свойства стали повышаются при применении изотермической закалки вместо обычной. Предел выносливости, а следовательно, и срок службы пружин и рессор может быть повышен дробеструйной и гидроабразивной обработкой (поверхностным наклепом).
Пружинная сталь, марки которой применимы в изготовлении тугих изделий, характеризующихся восстановлением первоначальной формы, при сильном изгибе и значительном скручивании.
Важнейшие детали в производстве механизмов, которые испытывают переменную, повторяющуюся нагрузку, под действием которой происходит сильная деформация. Как только нагрузка прекращается, эти элементы принимают первоначальную форму. В работе этих деталей есть особенность, которая не допускает остаточной деструкции, она должна быть только упругой. К рессорно-пружинным сталям предъявляются завышенные требования при выработке. Разберемся, из какой стали делают рессоры?
Для чего вырабатывают пружинный сплав?
Для выработки деталей могут использовать как легированную сталь, так и углеродистую, они обладают повышенной упругостью, вязкостью, выносливостью и пластичностью. Благодаря свойствам этих видов стали ограничивается упругая деструкция.
Рессорно-пружинные стали доступные, технологичные, имеющие высокий предел релаксационной стойкости.
Интересно: для получения качественных изделий из углеродистой и легированной стали ее закаливают при температуре 420-520 градусов, при этом получается эффект структуры троостита.
Рессорно-пружинные стали сопротивляются непрочному разрушению, и отличаются повышенной пластичностью. Их применяют для выработки изделий с высокой стойкостью к износу, например:
- зажимные цанги;
- тормозной прокат;
- кромки;
- пружины и рессоры;
- упорные шайбочки;
- торсы подшипников;
- фрикционные диски;
- шестеренки.
Марки стали по ГОСТу 14959–79
Это стали с высоким содержанием углерода, но с малым легированием. Госстандарт 14959 обозначает – легированный сплав следующих марок:
- 3К-7 – применяется в выработке проволоки холоднотянутым способом, из которой изготавливают пружины, незакаливаемые;
- 50ХГ – производят рессоры для автомашин и пружины для жд. составов;
- 50ХГА – назначение в производстве как у предыдущей марки рессорно пружинной стали;
- 50ХГФА – выпускают особенные пружины и рессорные детали для машин;
- 50ХСА – пружины специального назначения и небольшие детали для механизмов часов;
- 50ХФА – изготавливают детали с повышенной нагрузкой, с требованиями высочайшей устойчивости и прочности, которые действуют при больших температурах – до 300 градусов.
- 51ХФА – для пружинной проволоки;
- 55С2 — для производства пружинных механизмов и рессор, используемых в тракторостроении, машиностроении, для подвижных составов на ж/д;
- 55С2А – производят авторессоры, пружины для поездов;
- 55С2ГФ – для выработки очень прочных пружин специального направления, авторессор;
- 55ХГР – производят полосовую сталь пружинную, толщина которой варьируется от 3 до 24 мм;
- 60Г – для выработки круглых и гладких пружин, колечки и прочие выработки пружинного типа, обладающих высокой стойкостью к изнашиванию и упругостью, например, скобы, втулки, тамбурины для тормозящих систем, применяемые в тяжелом машиностроении;
Интересно: торсионная сталь, марки 60С2 – пружины высокой нагрузки, фрикционные диски, пружинные шайбочки;
- 60С2А – производят те же изделия, что из стали предыдущего типа;
- 60С2Г – тип рессорной стали, из которой производят тракторные и авторессоры;
- 60С2Н2А – производят ответственные рессоры с высокой нагрузкой на сплав;
- 60С2ХА – для выработки высоконагруженных пружинных продуктов, на которые производится постоянная нагрузка;
- 60С2ХФА – это круглая сталь с элементами калибровки, из которой производят пружины и пластины рессор с высокой ответственностью;
- 65 – изготавливают детали с повышенной прочностью и упругостью, которые эксплуатируются при большом давлении при высоких статистических нагрузках и сильной вибрации;
- 65Г – изготавливают детали, которые будут работать без ударных нагрузок;
- 65ГА – проволока для пружин, прошедшая закалку;
- рессорная сталь марки — 65С2ВА, высоконагруженные рессорные пласты и пружины;
- 68А – закаленная проволока для производства пружинных приспособлений калибром 1.2-5,5 мм;
- 70 – детали для машиностроения, от которых необходима повышенная износоустойчивость;
- 70Г – для пружинных элементов;
- 70Г2 — производят землеройные ножи и пружины для разных отраслей промышленной индустрии;
- 70С2ХА – пружинные элементы для часовых устройств и большие пружины специального назначения;
- 70С3А – пружины с большой нагрузкой;
- марка рессорно пружинной стали 70ХГФА – проволока для выработки пружинных элементов с термообработкой;
- 75 – любые пружинные и другие детали, используемые в машиностроении, на которые оказывается большая нагрузка вибрациями;
- 80 – для выработки плоских деталей;
- 85 – износостойкие детали;
- SH, SL, SM, ДН, ДМ – машинные пружины, работающие при статистических нагрузках;
- КТ-2 – для выработки холоднотянутой проволоки, которая навивается без термической обработки.
Первыми цифрами обозначается среднее содержание углерода в конкретной стали и обозначается она в процентном эквиваленте. После цифр идет литера, обозначающая конкретные легирующие присадки добавлены в сплав, а последнее число – это содержание добавок. Стоит отметить, что если легирующего связующего меньше 1,5%, то число не пишется, содержание больше чем 2,5% обозначается тройкой, промежуточное значение между двумя первыми значениями – прописывается цифрой 2.
Пружинный прокат будь то некорродирующая полоса, листы, шестигранники или квадраты, подразделяются на группы с некоторыми характеристиками:
- химический состав – первоклассная нержавеющая листовая спецсталь, которая нормируется по значениям от 1 до 4Б;
- способ обработки – горячекатаная полоса, поверхность которой обтачивается или шлифуется, калиброванный прокат, кованный, специально отделанный прокат.
Сталь 60с2а пружинная
Нержавеющая пружинная сталь – дешевая, с большой упругостью, выносливостью к износу, при этом у нее нет отпускной хрупкости. Этот сплав не деформируется от механических нагрузок. Эффективно эксплуатируется при повышенной влажности, так как имеет нержавеющее покрытие. Ее применяют при температуре не более 250 градусов, используется для производства изделий из металлопроката.
Из нержавеющей стали производят оборудования в морской промышленности, в медицине, и пищевом производстве. Ее применение в этих отраслях обусловлено коррозиеустойчивой сплава.
Интересно: устойчивость связана с большим содержанием молибдена и хрома. Сплав имеет хорошую сопротивляемость к образованию трещин под большой нагрузкой.
Марка нержавеющей жаропрочной стали используется при выработке тонколистовой прокатки, цельнотянутых труб и различных инструментов пищевой и химической индустрии.
Специфики пружинных сплавов
Высоко- и среднеуглеродистые виды этих сплавов упрочняются путем тонкой хладной деструкции, допускающей внедрение дробеструйных и гидроабразивных способов. При данном виде воздействия усилия остаточного сжатия наводят на плоскость изделий.
Фактически любая рессорная сталь (некорродирующая, без особых противокоррозионных свойств) должна пройти операцию сильного накаливания по сквозистой методике. Поэтому готовая металлопродукция по своему разрезу будет обладать структурой троостита.
Масленое закаливание при температуре 830–880 градусов, совмещаемая с отпуском при 410–480 градусах гарантирует повышения рубежа упругости – главнейшего рабочего свойства вышеперечисленных сталей. Зачастую употребляется и изотермическое закаливание, обеспечивающее не только высокую упругость, но еще и увеличенные данные пластичности, стабильности и вязкости вещества.
Некорродирующая лента и проволока из сплавов 70 и 65 в наибольшей степени часто употребляются для создания машинных пружин. В автотранспортной сфере также динамично используются кремниевые рессорные стали марки пружинной прокатки – 60С2А, 70С3А и 55С2. Они предрасположены к обезуглероживанию, что понижает характеристики их упругости и выносливости. Но за счет присадок хрома, ванадия и определенных составляющих все эти возможные опасности нивелируются.
Сферы применения рессорной прокатки самых ходовых марок стали:
- пружины для любых устройств и агрегатов Машино- и автомобиле-строительной областей – 55С2, 50ХГ, 50ХГА;
- тяжелонагруженные пружины – 60 С2Г, 60С2, 65С2ВА,60С2Н2А;
- износоустойчивые пружины круглые и плоские (употребляется полоса), действующие при повышенных вибрациях – 80, 75,85.
В завершение немного о недостатках
- нехорошей свариваемостью;
- трудность резки.
Нож – это отличная вещь, которая может быть полезна не только в качестве прекрасного инструмента, но и в виде замечательного сувенира. Каждый мальчишка будет рад такому подарку. Если нож изготовлен вручную, то он сразу становится уникальной ценностью в глазах владельца.
Взрослые тоже не всегда используют ножи исключительно в бытовых целях – многие люди их коллекционируют. Критерии выбора у всех разные, но каждый знает, что качественная сталь – это обязательное условие для хорошего ножа. Но и красиво выполненная ручка может произвести не меньшее впечатление, чем прочное лезвие, способное долго держать заточку.
В чем же особенность ножа из рессоры?
Причина популярности такого изделия, как нож из рессоры, заключается в свойствах металла. Высокая износостойкость и прочность в сочетании с высокой пластичностью позволили многим поколениям мастеров пользоваться рессорами как главным источником сырья.
Рессоры изготавливают из рессорно-пружинной стали 65Г, но могут быть применены другие марки: 50ХГСА, 50ХГА, 50ХФА. Это тоже рессорно-пружинные стали – определить какая из них взята в качестве материала для клинка можно только с помощью химического анализа. Либо по нюансам поведения металла при обработке, но с этим справятся только опытные мастера. Для начинающего изготовителя разница между перечисленными материалами будет практически незаметна.
Применение рессорной стали
65Г считается одной из самых дешевых пружинных сталей. При этом она обладает рядом уникальных свойств, делающих ее незаменимой для создания пружин. Рессорная сталь для ножа содержит хром, никель, марганец, кремний. Эти элементы придают свойства, за которые изготовителями выбирается именно этот материал:
- хорошая гибкость;
- высокая ударная вязкость;
- твёрдость;
- износостойкость;
Термообработка играет большую роль в улучшении качеств материала. Сталь становится прочнее, повышается ее твердость. К сожалению, она недостаточно устойчива к коррозии – имеет обыкновение ржаветь. Но достоинства перевешивают недостатки и ее часто используют как материал для клинка.
Такие ножи применяют в самых разных сферах. В первую очередь в качестве кухонных – крепкие, прочные, долговечные – что ещё нужно для ежедневной работы на кухне и, например, для разделки мяса? Те же соображения заставляли охотников, рыбаков и туристов стараться заполучить в свой арсенал эту качественную «самоделку». Поэтому многие мастера делали на продажу туристические и охотничьи ножи.
Благодаря хорошим характеристикам стали, эти ножи были популярны среди военных. Солдаты срочной службы, имевшие доступ к инструментам для металлообработки, в кустарных условиях изготавливали армейские ножи.Со временем, изготовители начали замахиваться на более серьёзные изделия: топоры, мечи, мачете, катаны. Из-за хорошей ударной вязкости рессорные стали прекрасно подходят для ковки. Ковкой можно изготовить клинок любой формы, даже самой причудливой.
Как сделать нож из рессоры
Изготовление ножа из рессоры может отнять много времени и сил, особенно, если человек делает это в первый раз. Но рессорно-пружинная сталь хорошо поддаётся обработке и «стерпит» ошибки новичка, поэтому именно из неё лучше всего создавать свой первый нож.
Обычно, материал находят на открытом воздухе: на улице, на автобазах, рядом с гаражами, на автомобильных свалках и других аналогичных местах. Поэтому рессора может быть покрыта грязью и ржавчиной и перед работой ее надо тщательно отчистить. Если необходимо выпрямить выгнутую рессору, то её нагревают до красна, а затем дают остыть в нормальных условиях – при комнатной температуре.
Как сделать нож из рессоры с помощью ковки
Все рессорно-пружинные стали, в том числе 65Г, объединяет одно качество: они прекрасно поддаются ковке. Ножи из рессорной стали, изготовленные ковкой, будут более надёжными и долговечными, потому что в процессе обработки происходит упрочнение металла за счёт пластической деформации и изменения макроструктуры.
Прежде чем проковать рессору, необходимо вырезать из неё профиль будущего клинка. Затем заготовку надёжно крепят, и нагревают до красна. Ковкой создаётся остриё и лезвие. Этим способом легко придать клинку требуемую форму, а также задать его ширину. Ковкой из рессоры хорошо удается изготавливать топоры и различные экзотические вещи, такие как мачете или меч.
Лезвию дают остыть до температуры окружающей среды после того как работа закончена.
Как выточить нож из рессоры своими руками
Необходимо, в первую очередь, определиться с внешним видом будущего изделия. Форма зависит от назначения ножа: кухонный, охотничий, сувенирный или какой-либо другой. В итоге клинок может быть любой – на это влияют только фантазия и возможности изготовителя. Если выбор сделан, то нужно взять готовый шаблон или выполнить его самостоятельно из картона или плотной бумаги.
Далее, чтобы изготовить нож из рессоры своими руками, надо быть готовым начать работу с металлом. Сначала шаблон необходимо приложить к металлической заготовке и обвести маркером, карандашом, чертилкой (ГОСТ 24473-80) или другим разметочным инструментом. По контуру, полученному посредством шаблона, требуется вырезать профиль изделия. Подойдут следующие инструменты:
- ленточная пила;
- угловая шлифмашинка, она же «болгарка» – важно не перегреть заготовку при отрезании;
- сверлильный станок или дрель – в этом случае вдоль контура сверлят отверстия, затем перегородки между ними ломают или выпиливают;
- можно использовать ручной инструмент;
Сам процесс обработки достаточно прост, хотя и требует определённой концентрации, чтобы вырезать заготовку в соответствии с разметкой. Когда обработка успешно завершена и заготовка стала соответствовать шаблону, то можно приступать к формированию клинка. Основная задача – сделать скосы. Лезвие снова размечают, определяя размеры скосов. При дальнейшей обработке следует строго придерживаться разметки.
Для работы лучше всего использовать электрическое точило. Также подойдут и ленточная шлифмашинка, и «болгарка», но, в случае последней, требуется хорошее владение инструментом. Можно выточить скосы вручную – напильником. На этом работы по металлу должны быть закончены, потому что далее клинок пройдёт термическую обработку, после которой сделать с заготовкой что-либо ещё будет очень сложно.
Закалка лезвия
Основной вид термической обработки – это закалка. Она нужна, чтобы лезвие было прочным, и могло оставаться острым долгое время после заточки. Существуют разные приёмы:
— закалка, с нагревом только режущей кромки;
— закалка режущей кромки нагревом изделия целиком;
— закалка с отпуском;
— полная закалка;
В первом случае только крайняя часть лезвия нагревается до немагнитного состояния, после чего его помещают в масло и выдерживают, пока масло не перестанет пузыриться. Второй способ сложнее: нагревается нож целиком, но погружать его в масло требуется только на треть – чтобы режущий край был покрыт жидкостью.
Закалка с отпуском – это метод, при котором остывание заготовки проводится в два этапа: сначала в при повышенной температуре, но ниже температуры закалки, затем при комнатной температуре.
Самый простой способ закалки – это полная закалка клинка, но при этом способе есть вероятность, что лезвие поведёт. Тогда надо провести рихтовку испорченной заготовки. Это можно сделать как предварительно разогрев лезвие, так и в холодном состоянии.
Изготовление рукоятки
Ручку можно изготовить практически из любого сырья, но особой популярностью пользуются дерево, пластик, кожа, кость. Красиво выглядят наборные ручки с чередующимися слоями, например, кожи и бересты.
Кость – это традиционный материал, для изготовления разнообразных безделушек и предметов быта. Обладая навыком резьбы по кости можно сделать уникальную, красивую ручку. Но проще всего взять две деревянные или пластиковые накладки, поместить их по обе стороны от хвостовика и закрепить между собой заклепками, а для большей прочности ещё и эпоксидным клеем. Иногда для крепления используют винты и гайки, но если важен внешний вид, то лучше их не применять.
Рукоять должна быть удобной, поэтому требуется уделить большое внимание ее обработке. Для этого используются сначала напильники, а затем наждачная бумага. Если накладки деревянные, то их обязательно надо пропитать маслом, чтобы обеспечить долговечность древесины. Пропитка подчеркивает структуру дерева и придает изделию привлекательный внешний облик. После закрепления рукоятки проводят ее окончательную шлифовку.
Работа над ножом из рессоры практически завершена, осталось только заточить его. Для этого используют:
- бруски;
- мусаты;
- точильные станки;
- механические точилки;
- электрические точилки;
Действительно хорошие результаты получают применяя брусок или электрическую точилку. Чтобы хорошо заточить нож с помощью бруска или точильного камня понадобится не мало времени. Если на обычный кухонный нож достаточно потратить около получаса, то выравнивание и заточка длинного кованого ножа может занять несколько дней.
Для лучшего контроля процесса заточки точильный камень помещают на устойчивую горизонтальную поверхность. Оптимальный его размер – примерно в полтора раза длиннее лезвия. Начинать заточку требуется грубым точильным камнем, с крупным зерном. Продолжать надо до тех пор, пока не появится заусенец. После этого берётся мелкозернистый камень, далее процесс продолжается с его помощью. Чтобы самодельный нож из рессоры стал острым, а заточка держалась долго, надо соблюдать следующие правила:
- движение осуществляется путём поступательных перемещений ножа вдоль бруска – режущей частью вперёд;
- конец бруска и конец лезвия должны «встретиться». Нужно синхронизировать смещение ножа поперёк бруска (от ручки к лезвию) и перемещение ножа вдоль бруска;
- плоскость клинка и поверхность бруска должны составлять угол от 20 до 25 градусов – это универсальный угол заточки. В зависимости от назначения ножа, угол может меняться, но важно, чтобы он удерживался постоянным всё время пока происходит затачивание ножа;
В конце необходимо провести шлифовку лезвия, чтобы надолго сохранить нож острым. Для этого берётся точильный камень с самым мелким зерном. Затем аккуратно, чтобы не испортить уже сделанное, снимается заусенец.
Заточка — процесс требующий терпения и внимательности. Навык приходит только с опытом, поэтому все, кто не хочет ждать, могут воспользоваться электрической точилкой. Это сэкономит время, а также позволит сохранить ножи в превосходном состоянии.
Изготовление ножа — это процесс сложный, требующий внимания, концентрации, тщательности, навыков работы с металлом. Но труд не будет напрасным, ведь в итоге получится прекрасное изделие, созданное своими руками. Чем с большей любовью и старанием мастер подходил к делу, тем лучше будет изделие. Даже новичок, если окажется терпелив и настойчив, сможет овладеть навыками и тоже станет гордиться результатами своей работы.
К конструкционным углеродистым или высокоуглеродистым относят сталь рессорно - пружинную. Для придания ей узконаправленных свойств легируется в небольших количествах 2-3 элементами, в общей сумме до 2,5 %. Но применение этих марок сталей не ограничивается только изготовлением пружин. Называют эту группу так, из-за того, что название это наиболее сильно отражает их главную особенность — упругость.
Характеристики пружинных сталей
Пружинные стали характеризуются повышенным пределом текучести (δ В) и упругости. Это важнейшая характеристика металла — выдерживать механические нагрузки без изменений своей первоначальной формы. Т.е. металл, подвергающийся растяжению или наоборот сжатию (упругой деформации), после снятия с него действующих сил, должен оставаться в первоначальной форме (без остаточной деформации).
Марки и область применения пружинной стали
По наличию дополнительных свойств пружинная сталь подразделяется на легированную (нержавеющую) и углеродистую. За основу легированной стали берется углеродистая с содержанием С 65-85 % и легируется 4 основными элементами, всеми или выборочно, каждый из которых вносит свои особенности:
- хром;
- марганец;
- кремний;
- вольфрам.
Хром — при концентрации более 13 % работает на обеспечение коррозионной стойкости металла. При концентрации хрома около 30 % изделие может работать в агрессивных средах: кислотной (кроме серной кислоты), щелочной, водной. Коррозионная пружинная сталь всегда легируется вторым сопутствующим элементом — вольфрамом и/ или марганцем. Рабочая t до 250 °C.
Вольфрам — тугоплавкое вещество. При попадании его порошка в расплав, образует многочисленные центры кристаллизации, измельчая зерно, что приводит к повышению пластичности без потери прочности. Это привносит свои плюсы: качество такой структуры остается очень высоким при нагреве и интенсивном истирании поверхности. При термической обработке этот элемент сохраняет мелкозернистую структуру, исключает разупрочнение стали при нагреве (в процессе эксплуатации) и дислокацию. Во время закалки увеличивает прокаливаемость, в результате чего структура получает однородность на большую глубину, что в свою очередь увеличивает эксплуатационный срок изделия.
Марганец и кремний — обычно участвуют в легировании обоюдно, причем соотношение всегда увеличивается в пользу марганца, примерно до 1,5 раз. Т. е. если содержание кремния 1 %, то марганец добавляется в количестве 1,1-1,5 %.
Тугоплавкий кремний является не карбидообразующим элементом. При попадании его в расплав одним из первых принимает участие в кристаллизации, выталкивая при этом карбиды углерода к границам зерен, что соответственно приводит к упрочнению металла.
Марганец можно назвать стабилизатором структуры. Одновременно искажая решетку металла и упрочняя его, марганец устраняет излишнюю прочность кремния.
В некоторые марки сталей (при работе изделия в высокотемпературных условиях, при t выше 300 ºC) в сталь присаживают никель. Он исключает образование карбидов хрома по границам зерен, которые приводят к разрушению матрицы.
Ванадий также может являться легирующим элементом, его функция похожа на действие вольфрама.
В пружинных марках оговаривается такой элемент как медь, содержание ее не должно превышать 0,15 %. Т. к. являясь легкоплавким веществом, медь концентрируется на границах зерен, снижая прочность.
К пружинным маркам относят: 50ХГ, 3К-7, 65Г, 65ГА, 50ХГФА, 50ХФА, 51ХФА, 50ХСА, 55С2, 55С2А, 55С2ГФ, 55ХГР, 60Г, 60С2, 60С2А, 605, 70, 70Г,75, 80, 85, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 68А, 68ГА, 70Г2, 70С2ХА, 70С3А, 70ХГФА, SH, SL, SM, ДМ, ДН, КТ-2.
Марки такой стали используются для изготовления не только пружин и рессор, хотя это основное их назначение, которое характеризует основное свойство. Их применяют везде, где есть необходимость предать изделию упругость, одновременно пластичность и прочность. Все детали, которые изготавливают из этих марок, подвержены: растяжению и сжатию. Многие их них испытывают нагрузки, периодически сменяющие друг друга, причем с огромной циклической частотой. Это:
- корпуса подшипников, которые испытывают в каждой точке сжатие и растяжение с высокой периодичностью;
- фрикционные диски, испытывающие динамические нагрузки и сжатие;
- упорные шайбы, основное время они испытывают нагрузки на сжатие, но к ним можно присовокупить и резкое изменение на растяжение;
- тормозные ленты, для которых одним из главнейших задач является упругость при многократно повторяющемся растяжении. При такой динамике с усиленным старением и износом более прочная сталь (с меньшей упругостью) подвержена быстрому старению и внезапному разрушению.
Тоже касается и шестерней, фланцев, шайб, цанг и т. д.
Маркировка
Пружинно-рессорные стали можно сгруппировать по позициям:
- нелегированные с содержанием углерода 65-85 % — недорогая сталь общего назначения;
- марганцево-кремниевые — наиболее дешевая с высокими физико-химическими показателями;
- хромо-марганцевые — нержавеющая сталь, работает в агрессивных средах при t -250 +250 C;
- дополнительно легированные и/или вольфрамом, ванадием, бором — представляют собой стали с повышенным ресурсом работы благодаря однородной структуре, отличным соотношением прочности и пластичности благодаря измельченному зерну и выдерживает высокие механические нагрузки. Используются на таких объектах как ЖД транспорт.
Маркировка пружинных сталей проводиться следующим образом. Разберем на примере 60С2ХФА:
- 60 — процентное содержание углерода в десятых долях (углерод не указывается в буквенном значении);
- С2 — буквенное обозначение кремния с индексом 2, обозначает увеличенное стандартное содержание (1-1,5 %) в 2 раза;
- Х — наличие хрома до 0,9-1 %;
- Ф — содержание вольфрама до 1 %;
- А — добавленный буквенный индекс А в конце маркировки обозначает минимальное содержание вредных примесей фосфора и серы, не более 0,015 %.
Производство
В зависимости от дальнейшей обработки и окончательно вида детали, сталь поставляется в листах, проволоке, шестигранниках, квадратах. Высокие эксплуатационные качества изделия обеспечиваются 2 составляющими:
- структурой металла, которая определяется химическим составом и последующей обработкой;
- наличием в структуре неметаллических включений, точнее минимальным количеством и размерами, что устраняется на этапе выплавки и разливки;
- формой детали (спираль, дуга) и ее размерами, что определяется расчетным методом.
При растягивании пружины, внутренние и наружные стороны витков испытывают различные степени нагрузки: внешние меньше подвержены растяжению, в то время как внутренние испытывают наибольшую степень деформации. Тоже касается и концов пружины: они служат местом крепления, что увеличивает нагрузку в этих и граничащих местах. Поэтому разработаны марки стали, которые предпочтительно используются на сжатие либо растяжение.
Термомеханическая обработка
Все без исключения пружинные стали повергаются термомеханической обработке. После нее прочность и износостойкость способна увеличиться в 2 раза. Форму изделию придают в отожженном состоянии, когда сталь имеет максимально возможную мягкость, после чего нагревают до 830-870 С и охлаждают в масляной или водной среде (только для марки 60 СА). Полученный мартенсит отпускают при температуре 480 ºC.