Пружинні сталі: характеристики, властивості, марки, ДСТУ. Вироби з пружинної сталі

Почати варто з того, що будь-яка пружина, ресора та інші подібні елементи експлуатуються в умовах жорсткої і постійної пружної деформації. Крім цього, більшість деталей зазнає ще і циклічних навантажень. Саме з цих причин до пружинної сталі пред'являються високі вимоги по пружності, текучості, витривалості, гнучкості, а також важлива наявність необхідного опору до крихкого руйнування.

Склад

До складу сталі, яка підходить для виробництва пружин і ресор входить від 05% до 075% вуглецю. Додаткові вимоги до змістом легуючих елементів при виробництві такі:

зміст кремнію в пружинної сталі до 28%;

вміст марганцю до 12%;

легування хромом досягає 12%;

зміст ванадію до 025%;

легування вольфрамом до 12%;

вміст нікелю до 17%.

Також тут важливо додати, що при виробництві сталі здійснюється процес подрібнення зерна, який сприяє зростанню опору металу до малим пластичним деформаціям. Це, в свою чергу, збільшує релаксаційну стійкість вироби з пружинної сталі.

Застосування

Досить широке застосування в транспортних засобах знайшли вироби з таких марок стали, як 55С260С2А, 70С3А. Але тут потрібно знати, що цей матеріал схильний таких дефектів, як зневуглецювання або графитизация. Ці недоліки небезпечні тим, що вони сильно знижують характеристики пружності, а також міцності матеріалу. Для того щоб уникнути цих дефектів та їх негативного впливу на пружинну сталь, в неї додають ті елементи, які були вказані вище. Найкращими показниками на відміну від кременистої різновиди сплаву володіє марка 50ХФА. Цей вид матеріалу став найбільше використовуватися для виготовлення автомобільних ресор. Також цей тип сталі дуже часто використовується для виробництва пружин клапанів, так як він не схильний обезуглероживанию. Але тут варто додати, що вона має малу прокаливаемостью.

Робота пружин

Тут важливо розуміти, що робота будь-пружини, ресори або будь-якої іншої деталі з пружинної сталі характеризується тільки тим, що використовуються лише пружні властивості матеріалу. Сумарна величина їх пружності визначається особливостями конструкції. Вирішальним показником тут буде кількість витків, їх діаметр, а також довжина самого виробу. Ще один важливий момент, який необхідно відмітити - це пластична деформація. Це в пружинах найчастіше не допускається, а тому від матеріалу, який використовується для виробництва пружин, що не вимагається наявності високої ударної в'язкості або показника пластичності. Основна вимога - це параметр пружності. Верхня межа цієї характеристики має бути досить великий. Для того щоб досягти необхідного параметра, сталь піддають загартуванню під впливом високих температур, а після проводять відпустку матеріалу при температурі 300-400 градусів за Цельсієм.

Властивості

Основна властивість пружинної сталі - це плинність(пружність). Максимальний показник цього параметра досягається тільки при температурах, зазначених вище. Однак якщо відпускати матеріал при таких градусах, то відпускна крихкість остаточного продукту буде знаходитися у першому роді. Як вже говорилося раніше, ударна в'язкість не має принципового значення.
Ще одне з властивостей сталі стосується її складу. Воно виражається в тому, що вміст вуглецю в ній більше, ніж в інших сплавах. Хоча, якщо порівнювати з інструментальної сталлю, все ж менше. Для звичайного процесу легування використовують марганець і кремній. Для більш відповідальних пружин або ресор в якості добавок застосовують хром і ванадій. Ці два елементи надають їм підвищену пружність. Можна додати, що для досягнення найкращих експлуатаційних властивостей сталь часто піддають загартуванню в маслі або воді.

Види і марки сталі

Марки пружинної сталі діляться на безліч різних груп. Існують матеріали загального призначення. До них відносять марки 657075 У9А. З цього продукту виготовляють пружини для машин з невеликим перетином. До особливих властивостей цих деталей можна віднести їх знижену релаксаційну стійкість. Кременисті сталі марок 55С260С, 60С2 застосовуються для створення таких елементів, як пружини і ресори, що використовуються в автомобільній, автотракторної промисловості, а також у залізничній промисловості. Тут важливо додати, що ці елементи схильні до обезуглероживанию. Яких-небудь особливих властивостей у цієї сталі не є. Ще один різновид сталі - це комплексно легована. Даний продукт випускається під марками 50ХФА і 60С2ХФА. До використання цього матеріалу вдаються в тому випадку, якщо необхідно створити пружини або ресори для важливих деталей. Стійкість до температурного впливу у цього матеріалу становить до +300 градусів Цельсія. Можна виділити також сталі спеціального призначення. До них належать такі продукти мартенситного класу 30Х1340Х13. Вони використовуються для виробництва звичайних пружин або ресор, однак володіють особливими властивостями. Характеристика пружинної сталі цієї марки полягає в тому, що у неї підвищена стійкість до корозії, підвищена жароміцність (до 550 градусів Цельсія), а також виражені магнітні властивості.

Вимоги по ГОСТ

Для пружинних сталей, як і для іншої найрізноманітнішої продукції, був прийнятий ГОСТ. Він встановлює правила, що стосуються матеріалу. Приміром, там описані наступні технічні вимоги.

Масова частка такої речовини, як мідь не повинна перевищувати 02%. А залишкове кількість нікелю не повинно бути вище, ніж 025%.

Для такої марки стали, як 60С2Г, існує окрема вимога, яке свідчить, що сумарна масова частка сірки і фосфору не повинна бути вище 006%.

Така марка стали, як 51ХФА по ГОСТ призначається лише для виробництва пружинного дроту.

ГОСТ пружинної сталі також передбачає, що за індивідуальним замовленням споживача масова частка, що міститься в сталі марганцю, може бути зменшена, незважаючи на приписи, які зазначаються в таблиці, наявної в тому ж документі. Це за умови, що сплав не піддавався легированию хромом і нікелем.

Корозійностійка сталь

Одна з марок сталі спеціального призначення відрізняється тим, що у неї є підвищена стійкість до корозії. Для того щоб максимально підвищити опірність матеріалу до руйнуючій її процесу, в нього додають і хром і нікель в кількості від 13 до 27% та від 9 до 12% відповідно. Іншими словами, ці продукти належать до групи високолегованих сталей. Основним аустенитообразующим елементом у такому продукті є нікель. У той час як марганець, наприклад, впливає на утворення аустеніту слабкіше, ефект від його використання нижче практично в два рази. Якщо необхідно ще сильніше розширити аустенитную область, то можна використовувати такі речовини, як вуглець або азот.