Рессорно-пружинные стали: конструкционные, легированные, маркировка и термообработка

Пружинная сталь, марки которой применимы в изготовлении тугих изделий, характеризующихся восстановлением первоначальной формы, при сильном изгибе и значительном скручивании.

Важнейшие детали в производстве механизмов, которые испытывают переменную, повторяющуюся нагрузку, под действием которой происходит сильная деформация. Как только нагрузка прекращается, эти элементы принимают первоначальную форму.

В работе этих деталей есть особенность, которая не допускает остаточной деструкции, она должна быть только упругой. К рессорно-пружинным сталям предъявляются завышенные требования при выработке.

Разберемся, из какой стали делают рессоры?

Для чего вырабатывают пружинный сплав?

Для выработки деталей могут использовать как легированную сталь, так и углеродистую, они обладают повышенной упругостью, вязкостью, выносливостью и пластичностью. Благодаря свойствам этих видов стали ограничивается упругая деструкция.

• Рессорно-пружинные стали доступные, технологичные, имеющие высокий предел релаксационной стойкости.
• Интересно: для получения качественных изделий из углеродистой и легированной стали ее закаливают при температуре 420-520 градусов, при этом получается эффект структуры троостита.
• Рессорно-пружинные стали сопротивляются непрочному разрушению, и отличаются повышенной пластичностью. Их применяют для выработки изделий с высокой стойкостью к износу, например:

• зажимные цанги;
• тормозной прокат;
• кромки;
• пружины и рессоры;
• упорные шайбочки;
• торсы подшипников;
• фрикционные диски;
• шестеренки.

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;

Читайте так же:  Что такое конструкционные легированные стали

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.

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.

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.

Специфики пружинных сплавов

Высоко- и среднеуглеродистые виды этих сплавов упрочняются путем тонкой хладной деструкции, допускающей внедрение дробеструйных и гидроабразивных способов. При данном виде воздействия усилия остаточного сжатия наводят на плоскость изделий.

Фактически любая рессорная сталь (некорродирующая, без особых противокоррозионных свойств) должна пройти операцию сильного накаливания по сквозистой методике. Поэтому готовая металлопродукция по своему разрезу будет обладать структурой троостита.

Масленое закаливание при температуре 830–880 градусов, совмещаемая с отпуском при 410–480 градусах гарантирует повышения рубежа упругости – главнейшего рабочего свойства вышеперечисленных сталей. Зачастую употребляется и изотермическое закаливание, обеспечивающее не только высокую упругость, но еще и увеличенные данные пластичности, стабильности и вязкости вещества.

В автотранспортной сфере также динамично используются кремниевые рессорные стали марки пружинной прокатки – 60С2А, 70С3А и 55С2. Они предрасположены к обезуглероживанию, что понижает характеристики их упругости и выносливости.

Но за счет присадок хрома, ванадия и определенных составляющих все эти возможные опасности нивелируются.

Сферы применения рессорной прокатки самых ходовых марок стали: 

• пружины для любых устройств и агрегатов Машино- и автомобиле-строительной областей – 55С2, 50ХГ, 50ХГА;
• тяжелонагруженные пружины – 60 С2Г, 60С2, 65С2ВА,60С2Н2А;
• износоустойчивые пружины круглые и плоские (употребляется полоса), действующие при повышенных вибрациях – 80, 75,85.

В завершение немного о недостатках

• нехорошей свариваемостью;
• трудность резки.

Источник: http://solidiron.ru/steel/ressorno-pruzhinnye-stali-primenyaemye-v-promyshlennosti.html

Сталь рессорно-пружинная 65Г

Расшифровка стали 65Г

Цифр 65 указывают среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента. Т.е. среднее содержание углерода в стали 65Г составляет около 0,65%.

Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах.

Химические элементы обозначены следующими буквами: В — вольфрам (W), Г — марганец (Mn), Н — никель (Ni), Р — бор (В), С — кремний (Si), Ф — ванадий (V), X — хром (Сr). Т.е.

буква Г в обозначении марки стали 65Г означает, что среднее содержание марганца в стали около 1%. В наименовании марок рессорно-пружинных стали с массовой долей марганца (Mn) до 0,90% (по верхнему пределу в марке) буква «Г» не ставится.

Заменители и аналоги

Стали-заменители:

• 70,
• У8А,
• 70Г,
• 60С2А,
• 9ХС,
• 50ХФА,
• 60С2,
• 55С2.

Аналоги:

• 66Mn4(1.1260) (Германия-DIN),
• 1566 (США — AISI, ASTM),
• SUP 6 (Япония — JIS),
• 60S2A (Польша — PN/H)

Вид поставки

• Сортовой прокат, в том числе фасонный ГОСТ 14959—79, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 7419.0-90 — ГОСТ 7419.8-90.
• Калиброванный пруток ГОСТ 1051-73, ГОСТ 14959-79, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
• Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 7419.0-90 — ГОСТ 7419.8-90.
• Лист толстый ГОСТ 1577-93.
• Лента ГОСТ 2283-79, ГОСТ 1530-78, ГОСТ 21996-76, ГОСТ 21997-76, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 19039-73.
• Полоса ГОСТ 103—76, ГОСТ 4405—75.
• Проволока ГОСТ 11850—72.
• Поковка и кованая заготовка ГОСТ 1133—71.

Применение

Сталь 65Г применяется для изготовления следующих деталей:

• пружины,
• рессоры,
• упорные шайбы,
• тормозные ленты,
• фрикционные диски,
• шестерни,
• фланцы,
• корпусы подшипников,
• зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости,
• детали, работающие без ударных нагрузок.

Применение стали 65Г для пружинных шайб (ГОСТ 33260-2015)

Марка стали	НД на поставку	ГОСТ на шайбыпружинные	Температура применения, °С	Дополнительные указания по применению
65Г ГОСТ 14959	ГОСТ 2283, ГОСТ 21997,ГОСТ 21996	ГОСТ 6402	От -60 до 250	Применяется для работы в условиях атмосферной коррозии спротивокоррозионными покрытиями

ПРИМЕЧАНИЕ
После электрохимических покрытий обязательна термообработка (отпуск) для снятия водородной хрупкости с указанием в КД.

Физические свойства

Модуль нормальной упругости Е, ГПа

Сталь	Е, ГПа, при температуре испытаний, °С
20	100	200	300	400	500	600	700	800
65Г	215	213	207	200	180	170	154	136	128

Модуль упругости при сдвиге кручением G

Сталь	G, ГПа, при температуре испытаний, °С
20	100	200	300	400	500	600	700	800
65Г	84	83	80	77	70	—	58	51	48

Плотность ρ

Сталь	ρ кг/см3 при температуре испытаний, °С
20	100	200	400
65Г	7850	7830	7800	7730

Коэффициент теплопроводности λ

Сталь	λ Вт/(м*К) при температуре испытаний, °С
20	100	200	300	400	500	600	700	800
65Г	37	36	35	34	32	31	30	29	28

Коэффициент линейного расширения α

Сталь	α*106, К-1, при температуре испытаний, °С
20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800
65Г	11,8	12,6	13,2	13,6	14,1	14,6	14,5	11,8

Удельная теплоемкость c

Сталь	c, Дж/(кг*К), при температуре испытаний, °С
20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800
65Г	490	510	525	560	575	590	625	705

Температура критических точек, °С

Ас1	Ас3	Аr3	Ar1	Мн
721	745	720	670	270

Химический состав по ГОСТ 14959-2016

Таблица 1: Химический состав стали по анализу ковшевой пробы для металлопродукции, кроме предназначенной для изготовления
патентированной проволоки

Массовая доля элементов, %
C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu
0,62-0,70	0,17-0,37	0,90-1,20	не более 0,25	не более 0,25	не более 0,2

Таблица 2: Химический состав стали по анализу ковшевой пробы для металлопродукции, предназначенной для изготовления
патентированной проволоки

Массовая доля элементов, %
C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu
0,62-0,70	0,17-0,37	0,70-1,00	не более 0,15	не более 0,15	не более 0,2

Примечание: Массовая доля серы (S) и фосфора (P) в стали по анализу ковшовой пробы не должна превышать для стали всех марок по таблице 1 норм,
указанных в таблице 3.

Примечание: Предельные отклонения по химическому составу в готовой металлопродукции не должны превышать значений, указанных в таблице 4.

Механические свойства

Источник	Состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %	Твердость HRC3, не более
не более
ГОСТ 14959-79	Сталь категорий 3, ЗА, ЗБ, ЗВ, ЗГ, 4, 4А, 4Б. Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 470 °С	Образцы	785	980	8	30	—
ГОСТ 1577-93	Лист нормализованный и горячекатаный:	80	—	730	12	—	—
Закалка с 800-820 °С в масле; отпуск при 340-380 °С, охл. на воздухе	20	1220	1470	5	10	44-49
Закалка с 790-820 °С в масле; отпуск при 550- 580 °С, охл. на воздухе	60	690	880	8	30	30-35

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

tисп, °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %	КСU, Дж/см2	Твердость HRCэ
200	1790	2200	4	30	5	61
400	1450	1670	8	48	29	46
600	850	880	15	51	76	30

Примечание. Закалка с 830 °С в масле.

Механические свойства при повышенных температурах

tисп, °С	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ5, %	ψ, %
200	1370	1670	15	44
300	1220	1370	19	52
400	980	1000	20	70

Примечание. Закалка с 830 °С в масле; отпуск при 350 °С

Ударная вязкость KCU

Термообработка	KCU, Дж/см2, при температуре, °С
20		-20	-30	-70
Закалка с 830 °С; отпуск при 480 °С	110	69	27	23	12

Предел выносливости

Состояние поставки	σ-1, МПа	τ-1, МПа
Закалка с 810 °С в масле; отпуск при 400 °С	725	431
Закалка с 810 °С в масле; отпуск при 500 °С	480	284
σ0,2 = 1220 МПа, σв = 1470 МПа, НВ 393-454	578	—
σ0,2 = 1280 МПа, σв = 1420 МПа, НВ 420	647	—
σ0,2 = 1440 МПа, σв = 1690 МПа, НВ 450	725	—

Технологические свойства

• Температура ковки, °С: начала 1250, конца 780-760. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм производится на воздухе,
  сечением 101-300 мм — в мульде.
• Свариваемость — не применяется для сварных конструкций, КТС (Контактная сварка)— без ограничений.
• Склонность к отпускной хрупкости — склонна при содержании Mn > 1 %.
• Флокеночувствительность — малочувствительна.
• Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 0,85 и Kv б.ст = 0,80 в закаленном и отпущенном состоянии при
  НВ 240 и σв = 820 МПа.

Прокаливаемость

Полоса прокаливаемости для стали 65Г после закалки с 800 °С приведена на рис.

Критический диаметр d

Критическая твердость, HRCэ	Количество мартенсита, %	d, мм, после закалки с 800 °С
в воде	в масле
52-54	50	30-57	10-31
59-61	90	До 38	До 16

Источник: http://enginiger.ru/materials/pruzhinnye-stali/stal-ressorno-pruzhinnaya-65g/

29. Конструкционные легированные стали и их термообработка (цементуемые, улучшаемые. Рессорно-пружинные стали)

Наибольшее
число деталей выполняют из легированных
конструкцион­ных сталей перлитного
класса. В термически обработанном
состоянии леги­рованные конструкционные
стали обладают более высоким комплексом
меха­нических характеристик, чем
углеродистые, поэтому их необходимо
обязательно подвергать тер­мической
обработке — закалке и отпуску.

В
отличие от углеродистых сталей, которые
имеют малую прокаливаемость, легиро­ванные
стали имеют более высокую прокаливаемость
(прокаливаются насквозь изделия до
диаметра 300 мм и более, против 15).

Более
мягкая закалка (охлаждение, например,
в масле) вызывает в изде­лиях,
изготовленных из легированных сталей,
меньшие структурные и терми­ческие
напряжения. Это позволяет закаливать
изделия более сложной конфигу­рации,
уменьшает поводку и соответственно
припуски на механическую обра­ботку.

К
цементуемым относят малоуглеродистые
стали с содержанием углеро­да до
0,20-0,25 %.
Если
их подвергают цементации, то термическую
обработку производят по режимам, принятым
для цементуемых изделий. Если же эти
ста­ли применяют без цементации, то
их подвергают закалке в масле и низкому
от­пуску (150-200 °С).

В результате получают
малоуглеродистый, отпущенный мартенсит,
обладающий высоким пределом прочности
на разрыв и достаточной пластичностью.
В ряде случаев (повышенные температуры
эксплуатации и др.) Их подвергают закалке
в масле и высокому отпуску.

В качестве
цементуемых сталей применяют такие
стали, как 15Х, 20Х, 20Н2М, 18ХГТ, 20ХНР, 12ХНЗА,
18Х2Н4МА и др.

К
улучшаемым относят среднеуглеродистые
стали, содержащие от 0,25 до 0,5 % С. Наиболее
распространёнными из них являются
хромистыестые 40Х, 30Х… и марганцовистые
(ЗОГ, 40Г, 40Г2 и т. п.

), хромоникеливые (40ХН,
50ХН, ЗОХНЗА и др.) хромокремнемарганцовые
(25ХГСА, ЗОХГС, ЗОХГСА и пр.),
хромоникельмолибденовые (30ХН2МА,
40Х2Н2МА, 38ХНЗМА и т, д.

) и более сложные
по составу (30ХН2МФА, 38Х2МЮА 30ХГСН2А и
др.).

Термическая
обработка этих сталей состоит из закалки
в масле и высоко­го отпуска (550-650 °С).
Структура сталей после такой обработки
(улучшения) — сорбит.

Рессорно-пружинные
легированные сдали бывают марганцовые
(60Г, 70Г и другие), кремнистые (55С2. 60С2,
70СЗА и др.) и более сложного состава
(50ХГА, 50ХФА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 60С2Н2А, 70С2ХА и
др.). Термическая обработка пружин и
рессор, изготовленных из этих сталей,
состоит из закалки с охлаждением в масле
и среднего отпуска (420-480 °С) на структуру
тростит.

30. Дефекты легированных сталей (дендритная ликвация, отпускная хрупкость, флокены)

ЛИКВАЦИЯ
— неоднородность сплава по химич.
составу, структуре и неметаллич.
включениям, образ, при кристаллизации
слитка, непрерывно-литой заготовки и
отливки. Л. возникает в рез-те того, что
сплавы, в отличие от чистых металлов,
кристаллизуются не при одной темп-ре,
а в интервале темп-р.

При этом состав
кристаллов, образ, в начале затвердевания,
может существ, отличаться от состава
последних порций кристаллиз. маточного
р-ра. Дендритная (внутрикристаллитная)
ликвация — ликвация внутри одного
дендрита (кристаллита, зерна), определ.

интервалом и скоростью кристаллизации;
следствие неравномерности кристаллизации
в условиях огранич. диффузии.

Уменьшение ударной вязкости
при отпуске с температуры в районе 300
°С (отпускная хрупкость I рода) присуще
почти всем сталям и является не­обратимым
явлением, одной из причин её является
неоднородность распада ос­таточного
аустенита и мартенсита, но природа этого
явления полностью неясна.

При отпуске
с нагревом до 550-650 °С и медленном
охлаждении наблюдают отпускную хрупкость
II рода. Отпускную хрупкость II рода
объясняют выделе­нием при медленном
охлаждении дисперсных частиц карбидов
(третичных), нитридов, фосфидов и других
химических соединений, которые
располагаются в основном по границам
зёрен, а также восходящей диффузией
фосфора к границам зёрен.

Это и снижает
в отпущенной стали ударную вязкость.
При быст­ром охлаждении изделий при
высоком отпуске (в воде или масле) падение
ударной вязкости не наблюдают. ФЛОКЕНЫ
— внутр. трещины (дефекты) в стальных
поковках и прокатной продукции (иногда
в слитках и отливках). На шлифов, и
протравл. темплетах ф. выявл. в виде
тонких волосных трещин, а в изломе закал,
образцов предст.

овальные кристаллич.
серебристо-белые пятна, отличающиеся
от осн. пл. излома. Ф. обычно располаг. в
ср.части поковки в ликвац. участках,
обогащ. С, Р, S, и не имеют определ.
ориентировки. Ф. пониж. пла-стичн. и вязк.
стали, сокращают срок службы изделий и
приводят к неожид. авариям. Наибольшую
флокеночувствит-ть имеют углерод, и
легир.

стали мартенсит, и перлит, классов
(конструкц., подшипн., брон., рельс, и
т.п.); в сталях аустенит. и ледебурит,
классов (нерж., быстрореж.) ф. практич.
не встреч. Осн. причина образов, ф. —
присут. в стали повыш. кол-ва Н (> 2 ррт),
а наиб, вероятный механизм этого процесса
— диффузия и адсорбция Н на пов-тях
микронесплошн. кристаллич. решетки; при
этом происх.

молизация Н, его давл. в
микронесплошн. вызывает микронапряжения,
превыш. прочн. металлич. основы, что
приводит к разруш. (разрыву), т.е. образов,
ф. Значит, стимулир. роль в образов, зон
с повыш. адсорбцией Н играют внутр.
растягив. напряж., возник, в стали при
структурных превращ., пла-стич. деформации
и неравномерном охлажд. Сниж. сопротивл.
металла разруш.

в местах концентр,
напряж. у скоплений дефектов кристаллич.
решетки, неметаллич. включений, ликвац.
неоднородностей тж. способст. возник-нов.
ф. Способы борьбы с ф.: вакуумиров. жидкой
стали, при к-ром содерж. Н сниж. до
безопасного уровня, а тж. длит, изотермич.
(обез-водорож.) отжиг заготовок или
изделий при 650-750 «С. Продолж-ть отжига
зависит от их сеч.

Источник: https://studfile.net/preview/1853205/page:13/

Конструкционные легированные стали

Конструкционная сталь — легированная или углеродистая сталь, предназначенная для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами. Например, ШХ15 — специализированный материал для подшипников.

По форме, размерам и предельным отклонениям металлопродукция соответствует требованиям:

• прокат круглый (круг сталь 40х) — ГОСТ 2590-88, ГОСТ 7417;
• прокат квадратный — ГОСТ 2591-88, ГОСТ 8559;
• прокат шестигранный — ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8560;
• прутки кованые квадратные и круглые — ГОСТ 1113-88;
• полосы — ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405;
• профили для косых шайб: ГОСТ 5157;
• со специальной отделкой поверхности — ГОСТ 14955.

Конструкционная легированная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543-71.

Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю.

Классификация конструкционной легированной стали

По отношения общей массы легирующих элементов к массе стали:

• сталь высоколегированная — более 10%;
• сталь среднелегированная — более 2,5-10%;
• сталь низколегированная — до 2,5%.

В зависимости от основных легирующих элементов:

• хромистая;
• марганцовистая;
• хромомарганцовая;
• хромокремнистая;
• хромомолибденовая;
• хромомолибденованадиевая;
• хромованадиевая;
• никельмолибденовая;
• хромоникелевая;
• хромоникелевая с бором;
• хромокремнемарганцовая;
• хромокремнемарганцовоникелевая;
• хромомарганцовоникелевая;
• хромомарганцовоникелевая с титаном и бором;
• хромоникельмолибденовая;
• хромоникельмолибденованадиевая;
• хромоникельванадиевая;
• хромоалюминиевая;
• хромоалюминиевая с молибденом;
• хромомарганцовоникелевая с молибденом;
• хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном.

В зависимости от хим. состава и свойств:

• качественная;
• высококачественная — А;
• особо высококачественная (сталь электрошлакового переплава) — Ш.(например ШХ15)

По видам обработки:

• прокат горячекатаный и кованый (в том числе с обточенной или ободранной поверхностью);
• калиброванный;
• со специальной отделкой поверхности.

По качеству поверхности:

• 1 группа;
• 2 группа;
• 3 группа.

По состоянию материала:

• без термической обработки;
• термически обработанный — Т;
• нагартованный — Н.

Марки конструкционной легированной стали

Марки стали: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Г, 12ХН, 20ХН, 40ХН, 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ, 30ХМ.

Заменители некоторых марок стали:

• 20Х — 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ;
• 30ХГСА — 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА;
• 40Х — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС.

Обозначение марок конструкционной легированной стали: две первые цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв указывают содержание легирующего элемента в целых единицах.

Применение конструкционной легированной стали

Марка сталиОбласть применения

60С2(А)	Рессоры из полосовой стали толщиной 3-16мм и пружинной ленты толщиной 0,08-3мм; витые пружины из проволоки диаметром 3-16мм.
70СЗА	Тяжелонагруженные пружины ответственного назначения. Сталь склонна к графитизации.
50ХГ(А)	Рессоры из полосовой стали толщиной 3-18мм.
50ХФА(ХГФА)	Ответственные пружины и рессоры, работающие при повышенной температуре (до 300°С), или подвергаемые многократным переменным нагрузкам.
60C2XA	Большие высоконагруженные пружины и рессоры ответственного назначения.
60C2H2A(C2BA)	Ответственные высоконагруженные пружины и рессоры из калиброванной стали и пружинной ленты.
20Х	Кулачковые муфты, втулки, шпиндели, направляющие планки, плунжеры, оправки, копиры, шлицевые валики и др.
40Х	Зубчатые колеса, шпиндели и валы в подшипниках качения, червячные валы и др.
45Х, 50Х	Зубчатые колеса, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы, и др. детали, работающие на средних скоростях при небольшом давлении.
38ХА	Зубчатые колеса, работающие на средних скоростях при средних давлениях.
45Г2, 50Г2	Крупные малонагруженные детали: валы, зубчатые колеса тяжелых станков и т.п.
18ХГТ	Детали, работающие на больших скоростях при высоких давлениях и нагрузках.
20ХГР	Тяжелонагруженные детали, работающие при больших скоростях и нагрузках.
15ХФ	Некрупные детали, подвергаемые цементации и закалке с низким отпуском.
40ХС	Мелкие детали высокой прочности.
40ХФА	Ответственные высокопрочные детали, подвергаемые закалке и высокому отпуску; средние и мелкие детали сложной формы, работающих в условиях износа; ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках.
35ХМ	Валы, детали турбин и крепеж, работающие при повышенной температуре.

Свариваемость: cварка конструкционных легированных сталей несколько затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образованию в ней хрупких структур (требуется специальная технология сварки).

Сталь низколегированная качественная конструкционная

Нормативный документ: качественная конструкционная низколегированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 19281-89.

Сталь Низколегированная — легированная сталь с содержанием общей массы легирующих элементов менее 2,5% от общей массы стали.

Марки стали низколегированной

Марки стали: 09Г2, 09Г2С, 0ХСНД, 17Г1С, 16Г2АФ, 10ХНДП, 15ХНДП, 0ХСНД, 15ХСНД и т.д.

Сталь низколегированная марок 10ХНДП, 15ХНДП, 0ХСНД, 15ХСНД является атмосферно коррозионно-стойкой (АКС).

Заменители некоторых марок стали:

• 09Г2С — 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С;
• 10ХСНД — 16ГАФ.

Применение стали низколегированной

Низколегированная сталь применяется для изготовления корпусов вагонов железнодорожных, метро, трамвая, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и других полевых машин и инженерных сооружений, работающих в условиях переменных динамических нагрузок и сезонных и суточных теплосмен.

Свариваемость: сталь низколегированная сваривается без ограничений.

Углеродистая качественная конструкционная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная углеродистая сталь изготовляется согласно ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1051-73.

Углеродистая сталь — сталь, не имеющая в своем составе легирующих элементов, но содержащая углерод в различной концентрации: до 0,25% — низкоуглеродистая сталь, 0,24-0,6% среднеуглеродистая сталь, более 0,6 — высокоуглеродистая сталь.

Классификация углеродистых сталей

По качеству

• обыкновенного качества;
• повышенного качества;
• качественная.

По назначению сталь обыкновенного качества:

• А — поставляется по механическим свойствам, применяется в изделиях, подвергающихся горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства;
• Б — поставляется по химическому составу, применяется для деталей, подвергающихся обработке, которая может изменить регламентируемые механические свойства, при этом их уровень кроме условий обработки определяется хим. составом;
• В — поставляется по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке.

По степени раскисления:

• кипящая — кп;
• полуспокойная — пс;
• спокойная сталь без термической обработки — сп.

По химическому составу для качественной стали:

• I — с нормальным содержанием марганца ( Mn 0,80%);
• II — с повышенным содержанием марганца (Mn 1,2%) — Г.

Марки качественной конструкционной углеродистой стали

• Углеродистая сталь обыкновенного качества: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.
• Углеродистая качественная сталь: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60 — машинная сталь; А12, А20, А30 — автоматная сталь.
• Обозначение марки стали: «Ст» — сталь, следующие за ней цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, затем указывается степень раскисления («кп», «пс», «сп»).
• Заменители некоторых марок стали:

• Ст20 — Ст15, 25;
• Ст35 — Ст30, 40, 35Г;
• Ст45 — 40Х, Ст50, 50Г2.

Применение качественной конструкционной углеродистой стали

Марка сталиОбласть применения

08кп, 10	Детали, изготовляемые холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж. Цементуемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины.
15, 20	Малонагруженные детали: валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни. Тонкие детали, работающие на истирание: рычаги, крюки, траверерсы, вкладыши, болты, стяжки и др.
30, 35	Детали, испытывающие небольшие напряжения: оси, шпиндели, звездочки, тяги валы и т.п.
20к	Котельная сталь.
40, 45	Детали с повышенной прочностью: коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики и др.
50, 55	Зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, бандажи, валы, малонагруженные пружины и др.
60	Детали с высокими прочностными и упругими свойствами: прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов.
А12, А20, А30	Неответственные детали массового производства, изготавливаемые на станках-автоматах.

Свариваемость: хорошая для котельных сталей и сталей марок Ст08-Ст35; затрудненная для стали Ст45; автоматные стали не применяются для сварки.

Теплоустойчивая качественная конструкционная сталь ГОСТ 20072-74

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь теплоустойчивая изготовляется согласно ГОСТ 20072-74.

Классификация теплоустойчивой стали

По видам обработки сталь подразделяют:

• горячекатаная;
• кованая;
• калиброванная;
• калиброванная шлифованная.

По состоянию материала:

• без термической обработки;
• термически обработанная — Т;
• нагартованная — Н (для калиброванной стали).

По назначению:

• а — для горячей обработки давлением;
• б — для холодной механической обработки (обточки, строжки, фрезерования и другой обработки по всей поверхности);
• в — для холодного волочения (подкат).

Марки теплоустойчивой конструкционной стали

Марки стали: 12МХ, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20Х1М1В1ТР, 20Х1М1В1БР, 20Х1МФ, 18Х3МВ, 20Х3МВФ, 15×5, 15Х5М, 15ХВФ, 12Х8ВФ.

Обозначение марок стали: наименование состоит из обозначения элементов и следующих за ними цифр, указывающих среднюю массовую долю легирующего элемента в целых единицах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах.

Сталь, полученную методом электрошлакового переплава, обозначают через тире в конце наименования марки буквой — Ш.

Применение теплоустойчивой конструкционной стали

Изготовление деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре до 6000С в течение длительного времени.

Свариваемость: ограниченно или трудносвариваемая.

Шарикоподшипниковая качественная конструкционная сталь ГОСТ 801-78

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь шарикоподшипниковая изготовляется согласно ГОСТ 801-78.

Классификация шарикоподшипниковой стали

По требованию к качеству поверхности и в зависимости от дальнейшей обработки:

• для холодной механической обработки — ОХ;
• для горячей обработки давлением — ОГ;
• для холодной высадки — ХВ;
• для холодной штамповки — ХШ.

По форме, размерам и предельным отклонениям:

• горячекатаный круг сталь 40х — ГОСТ 2590-88;
• горячекатаный квадрат — ГОСТ 2591-88;
• заготовка квадратная — по действующим нормативным документам;
• горячекатаная полоса — ГОСТ 103-76;
• калиброванный круг квалитета h11 с дополнительными размерами — ГОСТ 7417-75;
• круг со специальной отделкой поверхности квалитета h11 групп В и Г — ГОСТ 14955-77.

По состоянию материала:

• без термической обработки;
• термически обработанная.

Марки шарикоподшипниковой конструкционной стали

Марки стали: ШХ15, ШХ4, ШХ15 СГ, ШХ20 СГ.

Обозначение марок стали: Ш — подшипниковая, Х — легированная хромом, цифра — содержание хрома, СГ — легированная кремнием и марганцем. Например, сталь шарикоподшипниковая и рессорно-пружинная ШХ15.

Заменители некоторых марок стали:

• ШХ15 — ШХ9, ШХ12, ШХ15 СГ;
• ШХ15 СГ — ХВГ, ШХ15, ХС, ХВСГ.

Применение шарикоподшипниковой стали

Изготовление деталей, работающих под воздействием сосредоточенного и переменного напряжений, возникающих в зоне контакта шариков и роликов с беговыми дорожками колец подшипников качения. Особой популярностью пользуется ШХ15.

Свариваемость: сваривается способом КТС.

Рессорно-пружинная качественная конструкционная сталь, в т.ч. сталь ШХ15 изготавливается по ГОСТ 14959-79

Нормативный документ: качественная конструкционная рессорно-пружинная легированная или углеродистая сталь изготовляется согласно ГОСТ 14959-79.

Классификация рессорно-пружинной стали

По способу обработки проката:

• горячекатаный и кованый;
• калиброванный;
• со специальной отделкой поверхности;
• горячекатаный круг сталь 40х с обточенной или шлифованной поверхностью.

По химическому составу стали:

• качественная;
• высококачественная — А.

По нормируемым характеристикам и применению:

• 1, 1А, 1Б;
• 2, 2А, 2Б;
• 3, 3А, 3Б, 3В, 3Г;
• 4, 4А, 4Б.

Марки рессорно-пружинной качественной стали

Марки стали: 65, 70, 75, 85, 60Г, 65Г, 55С2,60С2, 60С2А, 70С3А, 55ХГР, 50ХФА, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА.

Заменители некоторых марок стали:

• 65Г — 70, У8А, 70Г, 60С2А,9ХС,50ХФА, 60С2, 55С2;
• 50ХФА — 60С2А, 60ХГФА, 9ХС.

Применение рессорно-пружинной стали

Работа в качестве пружин, рессор, гибких мембран, сильфонов и аналогичных деталей.

Свариваемость: рессорно-пружинная конструкционная углеродистая и конструкционная легированная сталь не применяется для сварных конструкций.

Источник: http://steel-snab.ru/news/gost-info/konstruktsionnye-legirovannye-stali.html

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.     

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.  

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 %. 

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.

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.

Источник: https://prompriem.ru/stati/pruzhinnaya-stal.html