Пружинные стали общего назначения

Пружины, рессоры и другие упругие элементы работают в области уп­ругой деформации материала. В то же время многие из них подвержены воз­действию циклических нагрузок. Поэтому основные требования к пружин­ным сталям — это обеспечение высоких значений пределов упругости, теку­чести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению.

Стали для пружин и рессор содержат 0,5—0,75% С; их также дополни­тельно легируют кремнием (до 2,8%), марганцем (до 1,2%), хромом (до 1,2%), ванадием (до 0,25%), вольфрамом (до 1,2%) и никелем (до 1,7%). При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопро­тивления стали малым пластическим деформациям, а следовательно, ее ре­лаксационной стойкости.

Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70СЗА. Однако они могут подвергаться обезуглероживанию, графи-тизации, резко снижающим характеристики упругости и выносливости мате­риала. Устранение указанных дефектов, а также повышение прокаливаемо-сти и торможение роста зерна при нагреве достигается дополнительным вве­дением в кремнистые стали хрома, ванадия (60С2ХФА — см. табл.7.1), вольфрама (65С2ВА) и никеля (60С2Н2А).

Лучшими технологическими свойствами, чем кремнистые стали, обла­
дает сталь 50ХФА, широко используемая для изготовления автомобильных
рессор. Клапанные пружины делают из стали 50ХФА, не склонной к обезуг­
лероживанию и перегреву, но имеющей малую прокаливаемость. Повыше­
ние прокаливаемое™ достигают легированием этой стали марганцем
(50ХГФА). ^;

Термическая обработка легированных пружинных сталей (закалка 850— 880 °С, отпуск 380—550 °С) обеспечивает получение высоких пределов

прочности (о_в = 1200—1900 МПа) и текучести (о₀д = 1100—1700 МПа) при пластичности 8 = 5—12% (см. табл. 7.3). Применяется также изотермическая закалка.

Максимальный предел выносливости получают при термической обработке на твердость HRC 42—48. Существенное (до двух раз) повышение предела вы­носливости рессор достигается их поверхностным наклепом посредством дробе­струйной и гидроабразивной обработок, в процессе которых в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия (снижающие при экс­плуатации деталей общий уровень напряжений растяжения в указанном слое).

Для изготовления пружин также используют холоднотянутую проволоку (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65,65Г, 70, У 8, У10 и др.

Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30X13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситных (09X15Н8Ю) и других сталей и сплавов.

7.8. Шарикоподшипниковые стали

Основной причиной выхода из строя подшипников качения является контактная усталость металла, проявляющаяся в выкрашивании частиц и отслаивании тонких пластин с рабочих поверхностей деталей (явление ше­лушения). При этом на контактных поверхностях деталей возникают дефек­ты в виде мелких «язв».

Для обеспечения работоспособности изделий шарикоподшипниковая сталь должна обладать высокой твердостью, прочностью и контактной вы­носливостью. Это достигается повышением качества металла: его очисткой от неметаллических включений и уменьшением пористости посредством использования электрошлакового или вакуумно-дугового переплава.

При изготовлении деталей подшипника широко используют шарико­подшипниковые (Ш) хромистые (X) стали ШХ15 и ШХ15СГ (последующая цифра 15 указывает содержание хрома в десятых долях процента — 1,5%). Стали содержат по 1% С. ШХ15СГ дополнительно легирована кремнием (0,5%) и марганцем (1,05%) для повышения прокаливаемости. Отжиг стали на твердость порядка 190 НВ обеспечивает обрабатываемость полуфабрика­тов резанием и штампуемость деталей в холодном состоянии. Закалка дета­лей подшипника (шариков, роликов и колец) осуществляется в масле с тем­ператур 840—860 °С. Перед отпуском детали охлаждают до 20—25 °С для обеспечения стабильности их работы (за счет уменьшения количества оста­точного аустенита). Отпуск стали проводят при 150—170 °С в течение 1—2 ч. Оптимальные условия обеспечения работоспособности изделий достигаются

в том случае, если шарики имеют несколько большую твердость (62—66 HRC) по сравнению с роликами и кольцами (61—65 HRC для стали ШХ15).

Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки, изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей их цементацией и термической обработкой. Для деталей подшипников, рабо­тающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95X18, содержащая 0,95% С и 18% Сг (см. табл.7.1, 7.3).