Какими свойствами обладает сталь для изготовления пружины
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 (δВ) 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.
Все требования и рекомендации к этому виду стали описаны в ГОСТ 14959-79. На их основании предприятием разрабатываются более детальные технологические листы, которые отвечают узким параметрам.
Оцените статью:
Рейтинг: 5/5 — 1
голосов
УВАЖАЕМЫЕ КЛИЕНТЫ!!!
Появилась возможность изготовления пружин из проволоки квадратного и прямоугольного сечения;
конических и бочкообразных пружин
Уважаемые Клиенты!
ПЕРСПЕКТИВЫ |
В 2015-2018 году планируются дальнейшее развитие основного производства: -Строительство дополнительных площадей для основного производства. -Приобретение, с целью обновления, нового высокопроизводительного навивочного оборудования. |
;
Качество и технологии
Сталь для изготовления пружин
Сталью
называется сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода не превышает
2%. Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных
печах, со стальным ломом. Сталь имеет высокие механические и хорошие
технологические свойства, поэтому ее можно ковать, прокатывать, резать,
термически обрабатывать. Многие марки стали подвергают обработке давлением в
холодном состоянии.
Наиболее
вредными примесями, ухудшающими качество стали, являются сера и фосфор. Сера
придает стали охрупчивание при высоких температурах (красноломкость), а фосфор —
при пониженных температурах (хладноломкость). Ухудшают качество стали,
содержащиеся в ней в тех или иных количествах, зависящих от способа производства,
неметаллические включения и растворенные газы.
По
способу производства сталь разделяют на мартеновскую (основную и кислую),
конверторную и электросталь. Получение стали в мартеновских печах может
осуществляться скрап-процессом, при котором в состав шихты входят металлический
лом и чушковый чугун. В мартеновских печах в качестве топлива используют
различные горючие газы, а также мазут и нефть.
В
результате химических реакций, происходящих при плавке, снижается содержание
вредных примесей — серы и фосфора, а для получения требуемого состава стали
вводят легирующие элементы в виде ферросплавов и «чистых металлов».
Кислая
мартеновская сталь по сравнению с основной сталью содержит меньшее количество
растворенных в ней сплаов и вредных неметаллических включений и имеет более
высокие механические и технологические свойства. В настоящее время мартеновским
способом производится наибольшее количество стали — качественной углеродистой
конструкционной и инструментальной, а также низко- и среднелегированной, широко
используемых и машиностроении.
Сущность
конверторного способа производства стали состоит в том, что через залитый в
конвертор (грушевидный сосуд) жидкий чугун продувают воздух, обогащенный
кислородом в результате происходит выгорание углерода и других примесей.
Содержание серы и фосфора в (той стали ниже, чем в мартеновской. Процесс
продувки и длится 15—20 мин. Этот способ производства стали получает все более
широкое применение.
В
электропечах (дуговых или индукционных) получают сталь наиболее высокого
качества. По сравнению с остальными способами выплавки сталь, выплавленная в
микропечах, обладает наибольшей чистотой по сере и фосфору, содержит наименьшее
количество газов и неметаллических включений и используется для изготовлении
наиболее ответственных деталей машин, работающих в тяжелых условиях (при больших
нагрузках, давлениях, и т. п.), а также для режущих инструмента по стоимости
наиболее дешевой является конверторная сталь и наиболее дорогой — электросталь.
По
химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. Углеродистые
стали подразделяются на низкоуглеродистую с содержанием углерода до 0,25%,
среднеуглеродистую с содержанием углерода от 0,25 до 0,6% и высокоуглеродистую с
содержанием углерода от 0,6 до 2,0%.
Легированные стали подразделяются на низколегированную, в которой суммарное
содержание легирующих компонентов менее 2,5%, среднелегированную с содержанием
легирующих компонентов от 2,5 до 10% и высоколегированную с содержанием
легирующих компонентов более 10% (в легированных сталях углерод легирующим
элементом не считается).
По
назначению стали разделяют на конструкционные (углеродистые и легированные),
предназначенные для изготовления разнообразных конструкций и деталей машин, в
том числе рессор, пружин, шарикоподшипников и т. д., инструментальные —
углеродистые, легированные, штамповые, быстрорежущие, используемые для
изготовления режущего и измерительного инструмента, штампов для холодной и
горячей штамповки, и стали с особыми физическими свойствами.
Исходным
материалом для изготовления пружин являются специальные качественные (пружинные)
стали и цветные сплавы. Механические свойства термически обработанной
качественной рессорно-пружинной стали и химический состав приведены в ГОСТ
14959—69.
Наиболее
часто для пружин применяют углеродистые пружинные стали 65 и 70, кремнистые
стали 55С2 и 60С2, а также марганцовистую сталь. Марганцовистая сталь очень
стойка к обезуглероживанию при нагреве. В случае перегрева марганцовистая сталь
дает при закалке трещины и приобретает хрупкие свойства. Кремнистые стали хорошо
прокаливаются, перегрев не приводит к недостаткам, характерным для
марганцовистой стали.
Для
изготовления пружин применяют легированные стали: хромомарганцовистую,
хромокремнистую, хромо-ванадиевую, хромокремневанадиевую, вольфрамокрем-нистую и
никелекремнистую.
Легированные стали обладают высокими прочностными свойствами, хорошо
прокаливаются; пружины из этих сталей работают длительное время. Эти стали
применяют для изготовления особо ответственных пружин, работающих в
неблагоприятных атмосферных и температурных условиях. Витые пружины изготовляют
из стального и цветного проката круглого, квадратного, прямоугольного и других
профилей. Пружинная проволока для изготовления мелких и средних пружин
поставляется в бунтах.
Плоские
пружины изготовляют из ленты, полосового и листового высококачественного
стального и цветного проката.
Сортамент на сталь горячекатаную рессорно-пружинную (ГОСТ 7419—74) должен
соответствовать маркам и техническим требованиям (ГОСТ 14959—69). Сталь
поставляется круглого сечения от 5 до 50 мм включительно и квадратного сечения
со стороной квадрата от 6 до 50 мм включительно. Размеры и допускаемые
отклонения круглой стали предусмотрены ГОСТ 2590—71, квадратной стали — ГОСТ
2591—71.
Сталь
пружинная полосовая прямоугольного сечения со слегка притуплёнными углами (тип
А) поставляется шириной от 20 до 160 мм включительно, толщиной от I до 18 мм
включительно. Размеры полос и допускаемые отклонения по толщине и ширине
предусмотрены ГОСТ 103—76. Допускается поставка полос толщиной .’і мм, шириной
30; 35; 40; 45 и 50 мм с допускаемыми отклонениями по толщине ±0,3 мм. Пружинная
сталь поставляется также типа Б (с закругленными краями). Специальной прокатке
подвергается сталь для изготовления паровозных, тепловых и вагонных рессор.
Стальную
пружинную ленту по прочности делят на фи категории: первая (1П), вторая (2П) и
третья (ЗП). По точности ленту выпускают также трех категорий: нормальная (Н),
повышенная (П) и высокая (В).
Для
изготовления мелких и средних пружин промышленностью поставляется стальная
углеродистая пружинная проволока по ГОСТ 9389—75, которая разделяется классы: I
— высокой прочности, II — повышенной прочности, III — нормальной прочности.
Проволока I и III классов подразделяется по пластичности на две группы (I и
II), проволока II класса — на группы (I, II и III).
Проволока стальная углеродистая холоднотянутая для клапанных пружин
ответственного назначения изготовляется следующих диаметров: 2,0; 2,3; 2,5; 2,8;
3,0; 1,0; 4,5; 5,0; 5,5; 5,7 и 6,0 мм; стальная пружинная термически
обработанная проволока ответственного назначения по ГОСТ 1071—67 выпускается
диаметром 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,3; 2,5; 2,75; 3,0; 3,4; 3,5; 3,6; 3,75;
4,0; 4,1; 4,2; 4,5; 4,8; 5,0 и 5,5 мм.
Проволока стальная легированная пружинная по ГОСТ 14963—69 изготовляется
диаметром от 3 до 12 мм через каждые 0,5 мм.
Проволока стальная хромованадиевая для пружин по ГОСТ 14963—69 изготовляется
следующих диаметров: 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0;
3,2; 3,5; 3,8; 4,0; 4,2; 4,5; 4,8; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0;
9,5; 10; 11; 12; 13 и 14 мм.
Процесс
изготовления пружинной высококачественной проволоки весьма трудоемкий и
осуществляется на специализированных металлургических заводах. Процесс
начинается с обработки заготовки, называемой катанкой, имеющей диаметр около 6
мм. Заготовка обрабатывается на волочильных станах с промежуточными термической
обработкой и травлением.
Технологический процесс изготовления проволоки диаметром 1,5 мм из стали У9А
протекает следующим образом. Катанка диаметром 6 мм, проходя через термическую
печь со скоростью 1,5—2,0 м/мин, нагревается до температуры 900—950° С и
охлаждается на воздухе. Такая обработка называется нормализацией. После этого
производится травление в 10%-ном растворе серной кислоты в воде при температуре
не свыше 40—50° С, промывка в холодной воде, омеднение в растворе медного
купороса, вторая промывка в холодной воде, известкование и сушка в сушильной
печи при температуре около 100° С. Затем на стане последовательно через три
фильеры осуществляется волочение с диаметра 6 мм до диаметра 4 мм. При этом на
поверхности заготовки образуется наклеп, который устраняют патентированием.
Патентирование заключается в нагреве проволоки, движущейся со скоростью до 3,5
м/мин, в муфельных печах до 900—950° С с последующим пропуском через свинцовую
ванну с температурой 500—550° С.
Затем
осуществляют повторное травление, промывку, омеднение, снова промывку,
известкование и сушку.
Заготовка проходит окончательное волочение на стане с диаметра 4 мм на диаметр
1,5 мм через 14—15 фильер. Общая степень обжатия при этом составляет 85—90%.
Термические операции на переходах при волочении катанки и строгое соблюдение
процесса травления в кислотном растворе являются решающими для обеспечения
высокого качества пружинной проволоки.
При
навивке пружин очень серьезное значение придается состоянию поверхности
проволоки, которое отразится на качестве и надежности работы пружин. Поверхность
проволоки
должна быть гладкой без продольных и поперечных штрихов, трещин, заусенцев,
ржавчины, волосовин, закатов, плен и других наружных дефектов, просматриваемых
невооруженным глазом.
При
термической обработке поверхность проволоки и на навитых пружин подвергается
обезуглероживанию, и чем глубже обезуглероживание проволоки, тем резче упругие
свойства пружин. Допускаемая глубина обезуглероженного слоя и степень
обезуглероживании пружин и пружинной проволоки устанавливаются техннческими
условиями.
Углеродистая проволока небольших сечений обычно и изготовляется с омедненной
поверхностью, толщина слоя которой бывает различна. Под омедненным слоем покрыты
различные пороки, которые могут привести к браку изготовляемых пружин.
Омедненный слой не имеет прочного сцепления с основным металлом и при волочении
выполняет роль смазки. Не рекомендуется на пружины из такой проволоки наносить
защитные покрытия без предварительных обезжиривания, травления и других операций,
способствующих получению высококачественной поверхности проволоки. От вредного
действии коррозии поверхность пружины покрывают защитным слоем. При
гальваническом покрытии происходит насыщение водородом и охрупчивание
поверхности пружины, поэтому на пружины, изготовляемые из проволоки диаметром до
0,3 мм, не наносят гальванические покрытия.
Вернуться к оглавлению
По вопросам размещения заказов на изготовление пружин
обращаться:
| Москва +7(499)653-69-98 | Санкт-Петербург +7(812)426-17-14 | Воронеж +7(473)300-31-95 |
| Екатеринбург +7(343)247-83-71 | Новосибирск +7(383)207-56-75 | Краснодар +7(861)201-84-46 |
| Красноярск +7(391)229-80-74 | Нижний Новгород +7(831)280-97-21 | Казань +7(843)212-20-79 |
| Тольятти +7(848)265-00-34 | Волгоград +7(844)296-21-13 | Уфа +7(347)200-05-81 |
| Пермь +7(342)235-78-27 | Ростов-на-Дону +7(863)333-20-67 | Самара: +7(846)300-41-49 |
| Тюмень +7(345)257-80-21 |
© 2015-2018 ООО «Пружинно-навивочный завод». Изготовление и продажа металлических пружин: производство пружин кручения, навивка пружин сжатия, тарельчатые пружины. Предлагаем подвески и опоры трубопроводов, а также стопорные кольца.
+7(351)200-36-34
e-mail: marketing@chelmash.com
тарельчатые пружины
пластинчатые пружины
пружины сжатия
пружины растяжения
пружины кручения
пружин растяжения
пружин сжатия
тарельчатых пружин