Классификация пружинных сталей
По назначениюпружинные стали можно разделить на сталиобщего и специального назначения. Стали общего назначения предназначены для изготовления изделий, эксплуатируемых в обычных атмосферных условиях при рабочей температуре, не превышающей 100–120 ºС. Стали специального назначения предназначены для изготовления изделий, к которым кроме основных требований (высокий предел упругости, сопротивление релаксации напряжений, сопротивление усталости и др.), предъявляются требования по обеспечению специальных физико–химических свойств (коррозионной стойкости, немагнитности, теплостойкости при температурах 200–400 ºС, заданного коэффициента линейного расширения, низкого и постоянного модуля упругости и др.).
По способу упрочненияпружинные стали делят на стали, упрочняемые путем холодной пластической деформации и последующего стабилизирующего отпуска (старения), и стали, упрочняемые путем закалки на мартенсит с последующим отпуском (старением).
Применяемые стали общего назначения
Химический состав и свойства пружинных сталей общего назначения регламентируются ГОСТ 14959-79. Химический состав некоторых сталей приведен в таблице 3.3.
Стали общего назначения могут быть углеродистыми с 0,65 – 1,2 % углерода (марки 65, 70, 75, 85 и инструментальные стали марок У7А – У12А) и легированными с содержанием углерода 0,5–0,75 %.
Таблица 3.3 – Состав пружинных сталей общего назначения
|
Марка стали |
Содержание основных элементов | ||||
|
С |
Si |
Мn |
Сr |
другие элементы | |
|
70 |
0,67–0,75 |
0,17–0,37 |
0,50–0,80 |
≤0,25 |
|
|
85 |
0,82–,90 |
0,17–0,37 |
0,50–0,80 |
≤0,25 |
|
|
У9А |
0,85–0,94 |
0,15–0,30 |
0,15–0,30 |
≤0,15 |
|
|
У12А |
1,15–1,24 |
0,15–0,30 |
0,15–0,30 |
≤0,15 |
|
|
65Г |
0,62–0,70 |
0,17–0,37 |
0,90–1,2 |
≤0,25 |
|
|
55ГС |
0,52–0,60 |
0,50–0,80 |
0,60–0,90 |
≤0,30 |
|
|
55ХГР |
0,52–0,60 |
0,17–0,37 |
0,90–1,2 |
0,90–1,2 |
(0,002–0,005)В |
|
60С2 |
0,57–0,65 |
1,50–2,00 |
0,60–0,90 |
≤0,30 |
|
|
70С3А |
0,60–0,74 |
2,40–2,80 |
0,60–0,90 |
≤0,30 |
|
|
50ХФА |
0,46–0,54 |
0,17–0,37 |
0,50–0,80 |
0,80–1,10 |
(0,10–0,20)V |
|
70С2ХА. |
0,65–0,75 |
1,40–1,70 |
0,40–0,60 |
0,20–0,40 |
|
|
70С3ХМВА |
0,67–0,73 |
2,40–2,60 |
0,40–0,60 |
0,50–0,65 |
(0,10–0,2)Мо |
|
|
|
|
|
|
(0,40–0,60)W |
Пружинные стали общего назначения легируют элементами, повышающими предел упругости и сопротивление релаксации. В качестве легирующих элементов используют кремний (1,2–2,8 %), марганец (0,8–1,2 %), хром (0,5–1,2 %), молибден, вольфрам, (до 0,5 %), ванадий (0,1–0,2 %). Легирующие элементы также повышают прокаливаемость, что необходимо при увеличении сечения упругих элементов (наиболее благоприятно в этом направлении действуют MnиCr) и задерживают процессы разупрочнения стали при отпуске (кремний и карбидообразующие элементыCr,Mo,W,V). Последнее позволяет повысить температуру отпуска при сохранении необходимой твердости, что приводит к большей стабилизации структуры и, следовательно, увеличивает релаксационную стойкость.
Наибольшее распространение получили кремнистые стали (55С2, 55С2А, 60С2, 60С2А, 70С3А), марганцевые стали (60Г, 65Г, 70Г), хромомарганцевые (50ХГ, 50ХГА, 50ХГФА) и кремнехромистые (60С2ХА, 60С2ХФА, 70С2ХА) с ванадием (в пределах 0,1–0,2 %) и без него.
Кремний повышает предел упругости и
предел текучести. Если содержание
кремния 1,5–2,0 %, то отношение предела
упругости к временному сопротивлению
равно 0,9–0,95 %. Кремний увеличивает
прокаливаемость, задерживает распад
мартенсита при отпуске и значительно
упрочняет феррит. Однако кремнистые
стали имеют невысокую прокаливаемость,
склонны к обезуглероживанию, образованию
поверхностных дефектов при горячей
обработке и графитизации (приSi> 2,5 %). Марганцевые стали (Mn= 0,8–1,2 %) имеют большую
прокаливаемость, чем кремнистые, но они
склонны к росту зерна аустенита при
нагревании. Добавление хрома (0,8–1,2 %) в
марганцевые и кремнистые стали повышает
прокаливаемость и устойчивость против
отпуска. Для уменьшения склонности к
росту зерна при нагреве добавляют
0,1–0,2 % ванадия. Некоторые стали
микролегируют бором (0,001–0,003 %). Бор
создает прочные атмосферы на дислокациях,
усиливая их закрепление, этим самым он
повышает предел упругости и релаксационную
стойкость. Легирование хромом, молибденом,
вольфрамом, ванадием, кремнием повышает
релаксационную стойкость, т.к. эти
элементы задерживают распад мартенсита
при отпуске. Все стали, применяемые для
изготовления пружин и рессор, относятся
к качественным при содержании Р иSдо 0,035 % или к высококачественным (буква
А в конце марки стали) - при содержании
до 0,025 % каждого из указанных элементов.
Рекомендуемые области применения
некоторых марок пружинных сталей даны
в таблице 3.4
Таблица 3.4 – Рекомендуемые области применения некоторых марок
пружиннных сталей (Л.С. Ляхович)
|
Марка стали |
Назначение |
|
60, 70, 75, 85 |
Для изготовления пружин клапанов двигателя автомобиля; пружин из проволоки диаметром 0,14-8 мм с холодной навивкой и др. |
|
У7-У13, У7А-У13А |
Для пружин, навиваемых в холодном состоянии из проволоки диаметром 0,14–8 мм после патентирования и пластического деформирования (σв = 1000-3100 МПа) |
|
60С2 |
Для рессор из полосовой стали 3-16мм |
|
6С2А |
Для витых пружин из проволоки диаметром 3–12мм, пружинных колец |
|
70С3А |
Для тяжелонагруженных пружин ответственного назначения |
|
50ХГ, 50ХГА |
Для изготовления рессор автомобилей, тракторов |
|
50ХФА, 50ХГФА |
Для ответственных клапанных пружин (рабочая температура 300 ºС) с длительными сроками эксплуатации |
|
55ХГР |
Для изготовления рессор |
|
60С2ХА |
Для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор ответственного назначения (мощные тракторы) |
|
60С2ВА, 70С2ХА, 60С2ХФА, 60С2Н2А |
Для весьма ответственных и тяжело нагруженных пружин и рессор |