Марки пружинной стали — свойства и сфера применения

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:

1. хром;
2. марганец;
3. кремний;
4. 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.

Рессорная сталь 65Г — характеристики, твердость, расшифровка

Состав сплава

К второстепенным добавкам относятся:

• хром, который повышает твердость материала, степень его жаростойкости – 0,25%;
• никель, придающий антикоррозионные свойства и пластичность – до 0,25%;
• медь, увеличивающая устойчивость к коррозии – 0,20%;
• сера и фосфор – по 0,035%.

Последние два элемента относятся к вредным примесям, присутствие которых неизбежно. Фосфор снижает пластичность сплава и повышает его хрупкость. Сера вызывает явление красноломкости, то есть возникновение трещин в металле при интенсивном нагреве. Однако их концентрация в сплаве не превышает величины, допустимой для качественного материала.

Малое количество легирующих добавок обеспечивает относительную дешевизну сплава, что и делает его крайне востребованным. Химический состав определяет физические и технологические свойства стали 65Г:

• твердость при 20оС – 285 НВ;
• модуль упругости – 84 ГПа;
• высокую прочность на разрыв – 750 МПа;
• хорошую ударную вязкость – 3,0 – 3,5 кг*м/см2;
• удельный вес – 7850 кг/м3;
• диапазон температур для закалки – 800 – 830оС;
• температурный интервал ковки – 760 – 1250оС.

Заменителями для сплава могут выступать марки:

• 55С2;
• 60С2А;
• 9ХС;
• 50ХФА;
• 60С2;
• 70Г;
• 55С.

Из зарубежных аналогов можно отметить:

• G15660 – в Соединенных штатах;
• 66Mn4 – Германии;
• 65Mn – Китае;
• 080А67 – Великобритании.

Термическая обработка

Сталь 65Г, характеристики которой изначально задаются ее химическим составом, подлежит дальнейшей термообработке. Во многом, от нее зависит качество производимой продукции. В результате теплового воздействия:

• происходят внутренние структурные изменения в металле;
• улучшаются его механические свойства;
• увеличивается износоустойчивость изделий;
• повышается их надежность;
• снижается себестоимость деталей вследствие применения более дешевых добавок;
• расширяется сфера использования продукции.

Основные этапы термической обработки заключаются в процессах:

• отжига;
• дальнейшей нормализации;
• закалки и отпуска.

Закалка и отпуск изделий

Закалка происходит при нагреве детали до температур выше критической, и быстром охлаждении в определенной среде. Диапазон температур, подходящих для закалки деталей из стали 65Г, составляет 800 – 820оС. Дальнейшее охлаждение осуществляется в масле, что позволяет устранить вероятность растрескивания поверхности изделий.

В зависимости от тех характеристик, которые заданы эксплуатационными требованиями для изделий, при подборе режима закалки учитываются:

• оборудование и метод нагрева;
• температурный диапазон процесса;
• время выдержки при выбранном режиме;
• тип закалочной среды;
• способ дальнейшего охлаждения.

Отжиг изделий производится путем повторного нагрева, после которого осуществляются процедуры выдержки и медленного охлаждения. Температура отжига соответствует тепловому воздействию при закалке стали.

Отпуск металла осуществляют для ликвидации внутренних напряжений, появившихся в нем в процессе закалки. На выходе несколько уменьшается твердость сплава, но увеличивается его вязкость. Отпуск проводится путем вторичного нагрева в более низком температурном режиме и последующего спокойного охлаждения.

Кроме того, меняя температурные режимы отпуска, можно придавать металлу разные механические свойства. Для продукции из стали 65г обычно проводят высокий вариант отпуска в диапазоне температур 550 – 600 градусов с дальнейшим охлаждением на воздухе, однако при этом снижается показатель ударной вязкости.

Для изделий, требующих высокой надежности и долговечности, дополнительно применяется низкий отпуск в интервале 160 – 200оС, сопровождающийся медленным охлаждением на воздухе.

Преимущества и недостатки

Несомненно, широкая область применения обусловлена очевидными достоинствами, которыми обладает сталь 65Г:

• характеристики, применение для ножей обусловлены устойчивостью к ударным деформациям и простотой заточки;
• высокая твердость, до 50-55 HRC, предохраняет изделия от поломок;
• низкая стоимость позволяет удешевить выпускаемую продукцию;
• высокая сопротивляемость разрыву делает ее незаменимой в изготовлении пружинной продукции;
• значительный предел текучести позволяет изделию восстанавливать свою форму после прекращения действия деформирующей нагрузки;
• металл хорошо поддается ковке;
• после процедуры чернения на его поверхности образуется оксидная пленка, предохраняющая поверхность от коррозии.

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 %.

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.

Производство

В зависимости от дальнейшей обработки и окончательно вида детали, сталь поставляется в листах, проволоке, шестигранниках, квадратах. Высокие эксплуатационные качества изделия обеспечиваются 2 составляющими:

1. структурой металла, которая определяется химическим составом и последующей обработкой;
2. наличием в структуре неметаллических включений, точнее минимальным количеством и размерами, что устраняется на этапе выплавки и разливки;
3. 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.

Основные сведения

Рессорно-пружинная сталь — сплав, который обладает очень высоким пределом текучести. Предел текучести — это физическое свойство какого-либо материала, характеризующее напряжение, при котором деформация продолжают расти без увеличения нагрузки. По факту этот показатель отражает способность материала сохранять свою форму при изгибе и скручивании.

Чем лучше материал сохраняют форму при деформации, тем выше у него предел текучести. Высокий предел текучести возникает в материале за счет специальных методов обработки (закалка, отпуск). Это отличает сталь-пружину от многих других стальных сплавов, которые обычно «обретают необычные свойства» за счет включения в их состав различных легирующих добавок.

В России для производства пружинной стали применяются низколегированные сплавы с минимальным количеством добавочных компонентов. В американских, европейских, азиатских странах также часто применяются среднеуглеродистые и высокоуглеродистые соединения, содержащие хром.

Также применяются соединения, содержащие большое количество марганца, никеля, кремния, вольфрама, азота. Эти компоненты делают материал еще более пластичным, а также повышают его химическую инертность (то есть такой материал не будет вступать в реакцию с щелочами, кислотами, солями). Как ясно из названия, пружинная сталь обычно применяется для производства пружин, торсионов, рессор, фортепианных струн, хомутов и многих других изделий.

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

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.

Марки стальных сплавов

В соответствии с нормами ГОСТ любой металл маркируется с помощью специального короткого кода, который отражает количественный состав сплава. Код имеет буквенно-числовое обозначение. Структура кода такая — ЧЛ1Л2Л3. Расшифровывается код следующим образом:

• Ч — это число, которая отражает содержание углерода в сотых или десятых долях процента.
• Л1, Л2, Л3 — это легирующие добавки (буква) и ее содержание в целых долях процентах (число). Если возле обозначения добавки число отсутствует, то это значит, что элемент содержится в концентрации менее 1%. Обозначения для некоторых элементов: Х — хром, Н — никель, С — кремний, Г — марганец, В — вольфрам, А — азот.
• Если легирующая добавка одна, то она записывается в виде Л1. При наличии дополнительных элементов легирующие добавки записываются в виде Л2, Л3 и так далее.
• Для примера рассмотрим два сплава: 50ХГ и 65С2ВА. Сплав 50ХГ содержит 0,50% углерода, а также хром и марганец в концентрации менее 1%. Сплав 65С2ВА содержит 0,65% углерода, 2% кремния + вольфрам и азот в концентрации менее 1%.