Пружинные и рессорные стали

Пружинные и рессорные стали и сплавы широко используются в автоматических устройствах управления и регулирования, в приборах, радиоэлектронной аппаратуре, в энергетических установках – атомных и реактивных, в колесных и гусеничных машинах главным образом в виде датчиков (мембраны, сильфоны и т.п.) и силовых (рессоры, демпферы, торсионы и др.) упругих элементов. Роль упругих элементов исключительно важная. Во многих случаях именно эти элементы определяют надежность и долговечность службы сложных и ответственных устройств, приборов и машин в целом.

К пружинным сталям общего назначения относятся преимущественно углеродистые и легированные стали перлитного класса, причем среди последних имеются также и стали мартенситного класса. Углеродистые и легированные стали, применяемые для пружин обычно содержат повышенное количество углерода (от 0,4 до 1,2 %). Это объясняется тем, что при увеличении содержания углерода растет эффективность упрочнения за счет деформации или мартенситного превращения при закалке, а при отпуске выделяется большое количество карбидной фазы, частицы которой блокируют дислокации.

Преимущество углеродистых сталей: упрочнение углеродистой стали в результате мартенситного превращения, холодной пластической деформации или при совмещении этих методов упрочнения приводит к получению высоких значений предела упругости.

Недостатки углеродистых сталей: обладают невысоким сопротивлением релаксации, малой коррозионной стойкостью, сравнительно высоким отрицательным температурным коэффициентом модуля упругости, достигающим /ºС, и, наконец, непригодны для работы при повышенных температурах (выше 100ºС). Кроме того, углеродистая сталь имеет малую прокаливаемость, и поэтому ее можно использовать для изготовления пружин малого сечения. Указанные недостатки углеродистой стали ограничивают область ее применения для изготовления пружин.

Примеры пружинных сталей общего назначения: пружины механизмов и машин:65,70,75,80,85,У10А,У11А,У12А,60Г,70Г; пружины автомашин и подвижного состава железнодорожного транспорта:55С2, 55С2А, 60С2, 60С2А, 70С3А, 60С2Г, 50ХГА, 55ХГР; пружины ответственного назначения: 50ХФА, 50ХГФА, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 60С2Н2А; пружины часовых механизмов: 70С2ХА; крупные клапанные пружины, торсионы: 45ХН2МФА.

Пружинные материалы наиболее часто используют в виде проволоки или ленты, из которых затем путем навивки, резки или вырубки изготовляют пружины и пружинные детали необходимой конфигурации.

Пружинные сплавы общего назначения, используемые в качестве конструкционных материалов, должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям (предел упругости), высоким временным сопротивлением разрыву при достаточной вязкости и пластичности, релаксационной стойкостью и сопротивлением разрушению, а для пружин, работающих при циклических нагрузках, и высоким сопротивлением усталости. Требования к свойствам пружинных сталей определяются условиями работы пружин и механизмов, которые могут быть исключительно разнообразны. Наиболее общим требованием ко всем пружинным сталям является обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям и релаксационной стойкости. Предел упругости пружинных сталей определяют при некотором допуске на остаточную деформацию (условный предел упругости), равном обычно 0,03…0,05 %. Высокая релаксационная стойкость пружинных сталей обеспечивает точность и надежность работы пружин и упругих элементов, постоянство во времени эксплуатационных свойств.