Почати варто з того, що будь-яка пружина, ресора та інші подібні елементи експлуатуються в умовах жорсткої і постійної упругою деформації. Крім цього, більшість деталей піддається ще й циклічним навантаженням. Саме з цих причин до пружинної сталі пред'являються високі вимоги щодо пружності, плинності, витривалості, пластичності, а також важлива наявність необхідного опору до крихкого руйнування.
Склад
До складу сталі, яка підходить для виробництва пружин і ресор входить від 0,5% до 0,75% вуглецю. Додатковими вимоги до змісту легуючих елементів при виробництві такі:
- вміст кремнію в пружинній сталі до 2,8%;
- утримання марганцю до 1,2%;
- легування кульгавом сягає 1,2%;
- утримання ванадію до 0,25%;
- легування вольфрамом до 1,2%;
- вміст нікелю до 1,7%.
Також тут важливо додати, що при виробництві сталі здійснюється процес подрібнення зерна, який сприяє зростанню опору металу до малих пластичних деформацій. Це, в свою чергу, збільшує релаксаційну стійкість виробу з пружинної сталі.
Застосування
Досить широке застосування в транспортних засобах знайшли вироби з таких марок сталі, як 55S2, 60S2A, 70S3A. Але тут потрібно знати, що цей матеріал схильний до таких дефектів, як обезвуглероживание або графітизація. Ці недоліки небезпечні тим, що вони сильно знижують характеристики пружності, а також міцності матеріалу. Для того щоб уникнути цих дефектів і їх негативного впливу на пружинну сталь, в неї і додають ті елементи, які були вказані вище.
Найкращими показниками на відміну від кремністого різновиду сплаву володіє марка 50KhFA. Цей вид матеріалу став найбільше використовуватися для виготовлення автомобільних ресор. Також цей тип сталі дуже часто використовується для виробництва клапанів пружин, так як він не схильний до обезуглероживанию. Але тут варто додати, що вона має малу проколюваність.
Робота пружин
Тут важливо розуміти, що робота будь-якої пружини, ресори або будь-якої іншої деталі з пружинної сталі характеризується тільки тим, що використовуються лише пруга властивості матеріалу. Сумарна величина їхньої пружності визначається особливостями конструкції. Вирішальним показником тут буде кількість витків, їх діаметр, а також довжина самого виробу. Ще один важливий момент, який необхідно відзначити - це пластична деформація. Це в пружинах найчастіше не допускається, а тому від матеріалу, який використовується для виробництва пружин, не потрібно наявності високої ударної в'язкості або показника пластичності. Основна вимога - це параметр упругості. Верхня межа цієї характеристики повинна бути досить великою. Для того щоб досягти необхідного параметра, сталь піддають загартуванню під впливом високих температур, а після проводять відпуск матеріалу при температурі в 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 в першому роді. Як вже говорилося раніше, ударна в'язкість не має принципового значення.
Ще одна з властивостей сталі стосується її складу. Воно виражається в тому, що вміст вуглецю в ній більший, ніж в інших сплавах. Хоча, якщо порівнювати з інструментальною сталлю, все ж менше.
Для звичайного процесу легування використовують марганець і кремній. Для більш відповідальних пружин або ресор як 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 олії або воді.
Види і марки сталі
Марки пружинної сталі діляться на безліч різних груп. Існують матеріали загального призначення. До них відносять марки 65, 70, 75, U9A. З цього продукту виготовляють пружини для машин з невеликим перерізом. До особливих властивостей цих деталей можна віднести їх знижену релаксаційну стійкість.
Кремнисті сталі марок 55S2, 60S, 60S2 застосовуються для створення таких елементів, як пружини і ресори, що використовуються в автомобільній, автотракторній промисловості, а також у залізничній промисловості. Тут важливо додати, що ці елементи схильні до обезвуглероживанию. Будь-яких особливих властивостей у цієї сталі немає.
Ще один різновид сталі - це комплексно легований. Даний продукт випускається під марками 50KhFA і 60S2KhFA. 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 30Kh13, 40Kh13. Вони використовуються для виробництва звичайних пружин або ресор, однак мають особливі властивості. Характеристика пружинної сталі цієї марки полягає в тому, що у неї підвищена стійкість до корозії, підвищена жаропрочність (до 550 градусів Цельсія), а також виражені магнітні властивості.
Вимоги щодо ГОСТ
Для пружинних сталей, як і для іншої найрізноманітнішої продукції, був прийнятий ГОСТ. Він встановлює всі правила, що стосуються матеріалу. Наприклад, там описані наступні технічні вимоги.
- Масова частка такої речовини, як мідь не повинна перевищувати 0,2%. А залишкова кількість нікелю не повинна бути вище, ніж 0,25%.
- Для такої марки стали, як 60S2G, існує окрема вимога, яка свідчить, що сумарна масова частка сірки і фосфору не повинна бути вище 0,06%.
- Така марка сталі, як 51KhFA за ГОСТ призначається лише для виробництва пружинного дроту.
- ГОСТ пружинної сталі також наказує, що за індивідуальним замовленням споживача масова частка, що міститься в сталі марганцю, може бути зменшена, незважаючи на приписи, які зазначаються в таблиці, наявній в тому ж документі. Це за умови, що сплав не піддавався легуванню кульгавом 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 руйнуючого її процесу, в нього додають і хром, і нікель в кількості від 13 до 27% і від 9 до 12% відповідно. Іншими словами, ці продукти належать до групи високолегованих сталей.
Основним аустенітоутворюючим елементом у такому продукті є нікель. У той час як марганець, наприклад, впливає на освіту аустеніту слабше, ефект від його використання нижче практично в два рази. Якщо необхідно ще сильніше розширити аустенитну область, то можна використовувати такі речовини, як вуглець або азот.
