Как сделать отпуск рессорной стали

Обновлено: 06.07.2024

Условия работы пружин и рессор. Требования к рессорнопружинным материалам. Пружины и рессоры являются упругими элементами машин и механизмов. Поэтому в процессе эксплуатации они испытывают многократные знакопеременные нагрузки, после снятия которых должны полностью восстановить свои первоначальные размеры. Следовательно, материал, применяемый для изготовления пружин и рессор, должен обладать, кроме необходимой прочности σв> 1000 МПа в условиях нагружения достаточно хорошей пластичностью δ> 5% и ψ> 20 % и иметь высокий предел упругости σу> 800 МПа. Кроме того, пружины должны обладать высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах (пар, морская вода, различные растворы) быть коррозионностокими.

Разнообразие видов пружин, применяемых в технике очень велико. По характеру работы пружины делят на работающие при сжатии, растяжении, кручении, изгибе.По форме пружины подразделяются на винтовые, спиральные, тарельчатые, плоские (рис. 34). Пружины при работе могут испытывать следующие виды нагрузок: статические, динамические, циклически изменяющиеся.


Рис. 34. Различные виды пружин: а - пружина сжатия цилиндрическая; б - пружина сжатия коническая из проволоки круглого сечения; в - пружина сжатия телескопическая из заготовки прямоугольного сечения; г - пружина цилиндрическая растяжения; д - пружина кручения; е - пружина спиральная плоская; ж - пакет тарельчатых пружин; з - пружина изгиба пластинчатая; и - листовая рессора

Сл.16. Для изготовления пружин применяют углеродистые и легированные стали. Рессоры производят только из легированных сталей. Это специальная группа конструкционных сталей с характерным комплексом свойств, важнейшим из которых является сопротивление малым пластическим деформациям. Стали должны иметь малый размер зерна, однородную структуру и субструктуру, повышенную чистоту по вредным примесям и неметаллическим включениям.

Не менее важны для материалов и технологические свойства - малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию при термической обработке, глубокая (сквозная) прокаливаемость, низкая критическая скорость закалки, малая чувствительность к отпускной хрупкости. Технологичность рессорнопружинных сталей определяет также пластичность при горячей и холодной пластической деформации (прокатка, гибка, волочение, ковка, штамповка).

По назначению рессорно-пружинные стали делятся на: стали общего назначения, изделия из которых работают в обычных атмосферных условиях воздушной среды; специальные стали, когда упругие элементы из них работают в агрессивных средах, при повышенных температурах. Пружины и рессоры упрочняют следующими способами:

- холодная пластическая деформация сталей общего назначения с последующим низкотемпературным нагревом (отпуск);

- закалка на мартенсит со среднетемпературным отпуском;

Сл.17. Термическая обработка пружин из сталей общего назначения. Основное преимущество таких пружин простота и экономичность технологического процесса их изготовления. При этом обеспечивается длительная и надежная их эксплуатационная стойкость. Отсутствие закалки позволяет получить высокую точность конфигурации и размеров пружин при практически полном отсутствии обезуглероживания и окисления поверхности при термической обработке.

Для изготовления мелких и средних витых пружин широко применяют патентированную проволоку или ленту (диаметр, толщина до 8 мм) из среднеуглеродистых сталей с содержанием марганца 0,3-0,5 % и сталей 65Г и 70Г с содержанием марганца 0,7-1,0%, а также углеродистых инструментальных. Проволока или лента поставляется по трем группам прочности: 1П, 2П, 3П, с ростом номера группы уровень прочности повышается. Заготовки под пружины в патентированном состоянии имеют структуру тонкопластинчатого перлита, что позволяет проводить навивку в холодном состоянии без расслоения и растрескивания.

После навивки в холодном состоянии пружины проходят низкий отпуск при температуре 175-250°С с выдержкой от 20мин до 1 ч для снятия напряжений, повышения предела упругости и выносливости, релаксационной стойкости и обеспечения стабильности размеров пружин. Конкретное время выдержки зависит от диаметра (толщины) проволоки или ленты. Для отпуска используют печи ванны с горячим маслом или расплавом солей. Для снижения коробления плоских пружин при отпуске необходимо применение специальных штампов.

Сл.18. Термическая обработка пружин из сталей общего назначения, упрочняемых закалкой с отпуском. Для изготовления пружин, упрочняемых закалкой с отпуском, используют углеродистые (65, 75) и легированные (60С2А, 50ХФА, 60С2Н2А) стали, для рессор - только легированные. Пружины из углеродистых сталей, имеющих низкую прокаливаемость, изготавливают из проволоки диаметром до 6 мм. Преимуществами легированных сталей по сравнению с углеродистыми сталями являются повышенная прокаливаемость и более высокие прочностные и пластические характеристики. Однако стали, легированные кремнием, склонны к образованию поверхностных дефектов при горячей обработке, обезуглероживанию и графитизации. В результате обезуглероживания наружной поверхности резко снижается сопротивление длительным нагрузкам и усталостная прочность. Поэтому нагрев пружин и рессор необходимо проводить в защитных средах или соляных ваннах.

Термическая обработка пружин зависит от способа их изготовления. Технологический процесс изготовления пружин горячей навивкой в общем случае включает следующие операции:

- отрезку заготовок, оттяжку или вальцовку концов заготовок в горячем состоянии (950-1150 °С);

- навивку или штамповку в горячем состоянии (800-1000 °С);

- обрубку концов, заточку и шлифование торцов пружин (при необходимости), термическую обработку;

- очистку от окалины гидропескоструйным способом или наклепом дробью.

Сл.19. Пружины большого диаметра производят из горячекатаных прутков. Их закаливают в масло после навивки с температуры 840-860°С и подвергают среднетемпературному отпуску 300-470 °С с выдержкой 0,3-1,5 ч. Режимы отпуска определяются диаметром (толщиной) заготовки и требуемыми свойства изделий. При указанных температурах отпуска получается наиболее высокий предел упругости сталей. Во избежание поводки и изменения размера витков ответственные пружины охлаждают при закалке на оправках (рис. 35). Коробление пружины можно устранить при отпуске. Для этого закаленную пружину надевают на оправку и зажимают клином (рис. 36). В таком состоянии проводят отпуск, при отпуске в зажатом состоянии коробление пружин устраняется.


Рис. 35. Приспособление для закалки на оправке пружин сжатия


Рис. 36. Вид пружины: а – после закалки; б– на оправке перед отпуском; в – после отпуска

Изотермическая закалка пружин и рессор позволяет получить в структуре сталей нижний бейнит при температуре изотермической выдержки 280…350 °С. Такая структура обеспечивает в изделиях более высокие значения предела упругости, вязкости, усталостной прочности по сравнению с объемной закалкой и отпуском. Кроме того, уменьшается уровень напряжений и склонность стали к хрупкому разрушению при работе. Для повышения предела упругости и релаксационной стойкости после изотермической закалки проводится отпуск при 300-350 °С.

Сл.20. Технология термической обработки рессор включает закалку с отпуском. Для изготовления рессор применяют стали 60С2(А), 50ХГ(А), 60ХГС, 50ХФА и др. Рессорные листы нарезают в холодном состоянии, затем в них пробивают отверстия, оттягивают концы и в горячем состоянии загибают ушки (см. рис. 34). Термическую обработку, например, из стали 50ХГФА, выполняют по следующему режиму. Листы загружают в печь для нагрева под закалку (температура первой зоны 600-700 °С, второй - 800- 850°С и третьей - 850-880 °С). Выдержку дают из расчета 1,2-1,5 мин на 1 мм сечения. После нагрева листы поступают в гибочно-закалочную машину, где производится гибка и закалка с охлаждением в циркулирующем масле с температурой 40-60 °С (рис. 37).


Рис. 37. Схема линии для термической обработки рессорных листов: 1 - конвейерная печь для нагрева под закалку; 2 - конвейер закалочной печи; 3 - гибозакалочный барабан; 4 - конвейер закалочного бака; 5 - отпускная печь; 6 - конвейер отпускной печи; 7 - бак с водой; 8 - бак с маслом

После закалки рессорные листы подвергаются отпуску при 550-600 °С с выдержкой 40-45 мин. Листы в отпускной печи укладывают на ребро. После отпуска охлаждение выполняется в баке с водой для устранения отпускной хрупкости второго рода. Термически обработанные рессорные листы подвергают дробеструйной обработке, что значительно повышает их предел выносливости. Остаточные напряжения сжатия наружных слоев, вызванные обдувкой дробью, уменьшают напряжения растяжения в наружных волокнах изогнутого листа, увеличивая его долговечность.

Сл.21. Контроль качества изделий сводится к наружному 100% осмотру поверхности на отсутствие рисок, волосовин, трещин. Для контроля ответственных пружин применяется магнитная дефектоскопия. Для пружин, проходящих закалку, проверяется твердость. Готовые пружины подвергают следующим видам контроля:

Определению высоты после минимальной и максимальной рабочей нагрузки. Часто используют сжатие (3-10 раз) до соприкосновения витков.

Длительному нагружению (заневоливанию), выполненному путем сжатия при напряжении на 10% выше рабочих, с выдержкой под нагрузкой в течение 10-30 ч. Для менее ответственных пружин используется кратковременное заневоливание на 2-3 мин. Крупные винтовые пружины рекомендуется заневоливать при напряжениях 0,5 σ0,2.

Испытанию на выносливость (число циклов до разрушения), на удар свободно падающим грузом на копре, на кручение с определением крутящего момента и угла закручивания.


Основная сфера применения стали — использование при производстве пружинных изделий. Поступление металла производится обычно в виде прутьев, но возможны и другие варианты, такие, как листы и проволока, а также кованые заготовки.

На характеристики и качество готового продукта достаточно сильно влияет её термообработка.

При производстве изделий из сверхпрочной проволоки имеется необходимость подвергнуть элементы отпуску при температуре от 250 °C до 350 °C, эта процедура выполняется для снятия созданного при производстве внутреннего напряжения и, конечно, для повышения упругости витков изделия.

Вышеописанная процедура, как правило, осуществляется в селитровых ваннах, но может производится и в камерных электрических или нефтяных печах. В случае с электрическими печами время удержания составляет 10 минут, а в нефтяных — 40 минут.

Чтобы нагреть пружины для закалки, их помещают в заранее нагретые до определённой температуры соляные ванны или камерные печи. Во избежание деформации крупноразмерных изделий они подвергаются нагреву в приспособлении, специально для этого предназначенном.

Малоразмерные пружины


Малоразмерные пружины для закалки в печи помещают на специальном противне. Необходимо сократить время выдержки в печи до минимума для того, чтобы предотвратить окисление и обезуглероживание. Чтобы уменьшить время пребывания мелких пружин в печи, их кладут на заранее разогретый до определённой температуры противень.

Если в печи отсутствует защитная атмосфера, пружины подлежат упаковке в изолирующей среде, а также выполняется заброс небольшим количеством древесного угля.

Охлаждение пружин производится в масле. В воде охлаждать крайне не рекомендуется, так как могут возникнуть трещины на поверхности. Если охлаждение в воде необходимо, то время выдержки должно составлять 2−3 секунды, после чего нужно поместить готовый продукт в масло.

Отпуск малоразмерных пружин

Перед тем как отпустить пружины, их необходимо очистить от масла методом промывки содовым раствором или методом протирки в опилках. Если после очистки на поверхности пружин останется неудаленное масло, то при отпуске оно может вспыхнуть и изменять условия процедуры отпуска. Рекомендуемая температура отпуска — от 300 до 420 градусов по Цельсию. Крайние витки необходимо отжигать в свинцовой ванне.

Перед отпуском крупные пружины необходимо надеть на толстые трубы во избежание коррозии при нагреве.

Необходимо обращать внимание на поверхность материала, предназначенного для изготовления пружин. Всевозможные дефекты могут привести к трещинам, а обезуглероживание верхнего слоя приводит к снижению упругости изделия

Зачастую при использовании антикоррозийных покрытий, иногда используемых для нанесения, пружины становятся хрупкими из-за перенасыщения стали водородом. Очень сильно это замечается на пружине из проволоки или из лент малых сечений. Такая хрупкость называется травильной и исправляется путём нагрева готового продукта в сушильном шкафу при температуре 150−180 градусов по Цельсию в течение 1,5−2 часов.

При большом времени травления происходит настолько сильное насыщение металла водородом, что температурная обработка не помогает устранить хрупкость и возникает необходимость отжига пружин. Чтобы избежать перенасыщения стали водородом, следует отказаться от травления перед процессом покрытия, а необходимо подвергнуть их очистке струёй песка и нагревать только после покрытия методом, описанным выше.

Пружины из отожжённого металла

Если пружины будут изготавливаться из отожжённого металла, то тогда, скорее всего, может быть необходимо не только закалить металл, так как основную роль будет играть его твёрдость. Например, при использовании в производстве толстой (более 6 мм) проволоки есть необходимость производить отпуск при температуре около 720 градусов по Цельсию. Делается это для того, чтобы придать готовому изделию прочности и только затем произвести закалку. Касаемо тех деталей, что навиваются в разогретом виде: в любом случае, здесь необходима нормализация, которая выполняется в самом начале обработки металла, перед остальными процессами.

Сталь 65г для ножей: плюсы, минусы и особенности

Сталь для ножей представляет собой сочетание углерода и железа. В зависимости от предназначения и требуемых качеств, пропорции могут значительно отличаться. Кроме этого, для достижения высоких показателей прочности, долговечности и твердости, могут применяться различные добавки и компоненты, улучшающие свойства исходного материала.

Главная задача большинства оружейников – разработать или воспроизвести такую сталь для ножа, которая будет иметь высокую прочность и при этом не менее высокую твердость.

На сегодняшний день, одной из самых популярных сталей для ножей принято считать сплав 65г. Именно о ней и пойдет речь далее.

Закалка и отпуск стали 45 — твердость, HRC, режимы, технология

Термообработка представляет собой одну из необходимых и важных операций в процессе обработки стали. Ее широко использует металлургия и машиностроение.

Технология термообработки стали 45 обеспечивает достижение высоких характеристик прочности. Это обстоятельство позволяет значительно расширить область применения обработанных подобным способом деталей.

При использовании технологии закалки стали 45 твердость изделий становится существенно выше.

Особенности термообработки

Закалка стали 45 – метод, широко используемый в металлургии и машиностроении. Но как закалить сталь 45, чтобы получить ожидаемый результат? Чтобы изменить характеристики, необходимо провести термообработку. При этом должны соблюдаться определенные режимы воздействия. Этот процесс схематично можно представить следующими процессами:

  • Отжиг.
  • Нормализация.
  • Старение.
  • Закалка и отпуск.

Качество стали 45 при термообработке зависит от ряда факторов.

  • Температурный режим.
  • С какой скоростью повышается температура.
  • Промежуток времени, в течение которого на металл воздействует высокая температура.
  • С какой скоростью происходит процесс охлаждения.

Термическая обработка состоит в нагревании детали до заданной температуры. Охлаждают ее с той же либо несколько иной скоростью. Железоуглеродистые сплавы характеризуются превращениями при нагревании их до определенных температур. Они носят название критических точек. Эти превращения сопряжены с кристаллизационным характером. При закалке стали 45 твердость изделий значительно повышается.

Закалка ТВЧ

Если сталь закалить таким образом, то она будет лучше справляться с переменной и ударной нагрузкой. Закалка ТВЧ считается разновидностью поверхностной закалки, основная задача которой получение более прочного наружного слоя, сохраняя при этом вязкость сердцевины.

Нагрев под закалку ТВЧ осуществляют в индукционных печах, используя ток высокой частоты. Принцип данной термообработки заключается в неравномерном нагреве сечения изделия. Плотность тока на наружней части стали значительно выше в сравнении с сердцевиной. Основная часть тепла приходится на поверхность, соответственно, именно в этой зоне и происходит упрочнение.

Охлаждение осуществляется непосредственно в печи специальными распрыскивающими устройствами. После закалки обычно требуется отпуск для выравнивания тепловых напряжений.

Структура стали в результате всех этих операций получается неоднородной. Верхний закалённый слой полностью состоит из мартенсита, а нетронутая сердцевина из феррита. Прочность глубинного слоя повышается предварительным проведением нормализации.

Преимущества закалки ТВЧ:

  • Повышенная производительность.
  • Сталь изолирована от влияния окисления и обезуглероживания.
  • Возможность регулировать толщину закаленного слоя. Чем частота токов выше, тем глубина закалки меньше.
  • Автоматизация процесса.

Применение стали 65Г

Эта сталь и ее аналоги нашли свое применение во многих отраслях промышленности, например, в автомобилестроении, станкостроении и пр. Практически сталь 65Г и ее аналоги можно встретить в любом автомобиле, тракторе, станке, судне, то есть в любом оборудовании, в котором эксплуатируются рессоры, пружины, в том числе и тарельчатые и пр.

Как правило, твёрдость пружин лежит в диапазоне от 40 до 50 по Rc. ГОСТ определяет методики проверки, которые максимально приближены к реальным условиям их работ. Во время приемки пружинная продукция проходит испытания на растяжение, сжатие и пр. Более того, на поверхности готовых изделий недопустимо наличие рисок, царапин и пр. Все дело в том, что рано или поздно их наличие приведет к появлению трещин на поверхности изделий.

Пружины, которые производят из проволоки, прошедшей термическую обработку, такую называют патентированной, или лент класса Н, П или В, подвергают операции дополнительного отпуска. Она необходима для устранения внутренних напряжений, которые возникают при их производстве. Кроме того, такая дополнительная обработка приводит к повышению упругости готовых изделий. Дополнительный отпуск выполняют в ваннах, наполненных селитрой, время отпуска составляет 5 – 10 минут. Кроме того, при отпуске с использованием электропечей, технологи должны отслеживать то, чтобы изделия прогревались равномерно, в противном случае, возможно, возникновение внутренних напряжений.

Изделия, произведённые из отожжённой стали, подвергаются операциям закаливания и отпуска. При этом отпуск выполняют при температуре до 720 ºC.

Пружины, предназначенные для закаливания, могут помещать или разогретые ванны, заполненные соляным раствором, или в камерные печи.

Существует ряд технологических особенностей при производстве пружинных изделий из стали 65Г. В частности, пружины небольшого размера, помещают в печи на специальных поддонах. Изделия большого размера на специальных приспособлениях, которые предотвращают появление коробления, это могут быть трубы соответствующего размера.

Имеет смысл отметить, что, кроме промышленности, сталь марки 65Г применяют для производства клинкового оружия – это специальные ножи для метания и турнирные мечи, используемые в исторических реконструкциях. Кстати, именно в этой сфере применения, проявляется один из недостатков этого сплава – низкая стойкость к воздействию коррозии. Именно поэтому клинки после использования проходят смазку касторовым маслом. Специалисты утверждают, что уход за клинковым оружием можно сравнить за правилами ухода за дамасской сталью.

Для изготовления, например, кухонных или охотничьих ножей эта сталь не лучшее решение, это вызвано рядом ее свойств.

Читайте также: