Новые упрочняющие технологии, повышающие свойства пружинных сталей

Анализ свойств пружинных сталей общего назначения показывает, что при соответствующем их составе и структурном состоянии можно получить высокие значения сопротивления микро– и малым пластическим деформациям, определяющим основные характеристики пружин.

Для достижения высокого сопротивления микро– и малым пластическим деформациям углеродистые стали должны содержать повышенное содержание углерода (обычно 0,8–1,2 %), а в легированных сталях при содержании 0,4–0,6 % С должны присутствовать карбидообразующие элементы– марганец, хром, ванадий, молибден и др.

Очень эффективным оказалось и микролегирование сталей таким поверхностно– активным элементом, как бор. Вот как влияет введение бора на деформируемость при волочении катанки из среднеуглеродистой стали. Известно что одним из наиболее эффективных способов повышения производительности и снижения затрат при производстве проволоки является устранение патентирования катанки перед волочением. Поэтому повышение пластических характеристик катанки является весьма важным для предотвращения образования трещин при волочении. Наиболее благоприятной структурой катанки является перлитная с малым количеством цементита. Добавка бора незначительно влияет на механические свойства эвтектоидной стали. Но легирование бором среднеуглеродистой стали повышает пластические свойства проволоки, особенно после большой деформации. Легирование бором среднеуглеродистой стали приводит к уменьшению заэвтектоидного феррита и стабилизации цементита, что повышает степень деформационного упрочнения стали.

Легирование пружинных сталей наряду с повышением предела упругости обеспечивает улучшение релаксационной стойкости. Подбором режима термической обработки можно получить различные соотношения прочности и пластичности при достаточном сопротивлении хрупкому разрушению. Термически упрочнить детали можно, используя во время закалки различную методику охлаждения в различных интервалах температур, особенно в интервале температур мартенситного превращения и новую методику отпуска. При новой методике охлаждения и отпуска обеспечивается минимальная деформация и меньшая анизотропия ударной вязкости, что повышает надежность и долговечность изделий, ускоряет процесс производства.

Перспективным для изготовления пружин является использование мартенсито–стареющих сталей, в которых упрочнение достигается совмещением мартенситного превращения с дисперсионным твердением. Повысить комплекс механических свойств таких сталей можно за счет определенных структурных условий. Возможно повысить одновременно показатели прочности, пластичности и трещиностойкости при наследовании процессом завершающего термического упрочнения пластифицирующего эффекта предварительной термообработки.

При старении пружин в свободном состоянии может происходить увеличение диаметра и уменьшение высоты пружины вследствие релаксации внутренних напряжений в металле, образованных при волочении и навивке пружины. Проведение старения в «заневоленном» состоянии обеспечивает определенное ограничение на изменение формы пружины при динамическом старении, что облегчает выход их геометрических параметров на требуемые размеры. Это является актуальным при производстве пружин с высокими требованиями к их геометрии и нагрузочным характеристикам. Существует зависимость механических характеристик проволоки с различной степенью деформации от температуры старения. Установлена линейная зависимость остаточной осадки пружин от величины напряжений в сплаве при динамическом старении. Внутренние напряжения при старении пружины в сжатом состоянии ускоряют процесс дисперсионного твердения сплава и повышают его упругие свойства. Таким образом, очень эффективно применять динамическое старение пружин с целью стабилизации их геометрических параметров.