Пружинные стали относятся к отдельной группе легированных конструкционных сталей. Они характеризуются высоким пределом упругости, усталостной прочностью, когда требуется возврат элемента в исходное состояние после снятия нагрузки, сопротивлением релаксации напряжений, высоким пределом пластичности, гашением и поглощением ударных нагрузок, а в особых случаях, в зависимости от химического состава выбранного сорта, также коррозионной стойкостью (например, сталь X10CrNi18-8, 1H18N9).

Используются, в частности, для изготовления пружин, пружинных шайб, рессор, обладают отличными упругими свойствами, а также устойчивостью к хрупкому разрушению (при перегрузке элемента происходит его деформация, а не разрушение), устойчивостью к пластическим деформациям готовых изделий (усталость материала), относительно длительный срок службы, а также возможность формирования соответствующих форм для пружин, рессор и пружинных элементов благодаря высокой пластичности материалов этой группы.

Чтобы еще больше продлить срок службы элемента в условиях, способствующих усталости, поверхность пружин должна быть соответствующим образом обработана, гладкой, без зазубрин, царапин и неровностей. Термическая обработка пружинной стали заключается в аустенитизации изделия в диапазоне температур 800-870℃, закалке в воде (около 30-40℃) или масле (около 50-70℃) и отпуске при температуре 300-520℃ в зависимости от марки стали. В результате такой термообработки пружинный элемент будет иметь структуру отпущенного мартенсита.

Углеродистые пружинные стержни — спецификация и применение

Использование углеродистой стали в основном ориентировано на меньшие и менее ответственные пружинные элементы. Своими свойствами этот материал обязан в основном высокому содержанию углерода, составляющему около 0,55-1,10%. По сравнению с другими видами, углеродистая сталь имеет небольшой диапазон легирующих примесей, таких как марганец и кремний. Изделия из этих марок используются для изготовления небольших пружин из-за низкой закаливаемости, слабой прочности и пластичности, то есть для малонагруженных пластин и пружинных деталей с небольшим сечением из листов, лент, прутков и проволоки диаметром или толщиной до 10 мм. Материал следует использовать в рабочей среде с максимальной температурой 150℃. Углеродистые пружинные стали характеризуются высоким пределом пластичности и хорошими упругими свойствами после закалки.

Хромистые стали с добавками кремния, ванадия и марганца представляют собой группу марок с еще более высокими характеристиками по сравнению с кремниевыми и марганцевыми сталями. Их закаливаемость намного лучше, они приспособлены для работы при гораздо более высоких температурах (до 300 ℃) и могут использоваться в качестве особо нагруженных пружин, рессор и деталей пружин гораздо больших размеров.

Хром с добавлением ванадия (CrV) и хром с молибденом (CrMo) в пружинных сталях, определяемых как соединение углеродистых элементов, приводит к уменьшению количества неметаллических включений и, следовательно, к значительному увеличению усталостной прочности материала по сравнению с кремниевыми сталями.

Пластичность пружинной стали также является довольно важной характеристикой, и здесь мы также ставим хромистые стали на первое место по высокому коэффициенту деформации.

Особенно сплавы SiCrV, хромо-кремниевые с добавлением ванадия, и SiCrMo, хромо-кремниево-молибденовые, демонстрируют самые высокие минимальные значения Re. Добавив к этой группе еще стали CrV и CrMoV, все «четыре» демонстрируют самую высокую рабочую температуру до 300℃. Диапазон содержания углерода в хромистых сталях: около 0,40%-0,65%.

Стали с составом Si-кремний, Mn-марганец или комбинированный Si-Mn характеризуются меньшим содержанием углерода по сравнению с углеродистыми пружинными сталями. Добавки, такие как кремний и марганец, придают этим сталям большую прочность, ударную вязкость, пластичность и высокую стойкость к релаксации напряжений. По сравнению с углеродистыми сталями, кремниевые стали при отпуске легко обезуглероживаются и подвергаются графитизации. Закаливаемость схожа с углеродистыми сталями. Свою пластичность они обязаны более высокому содержанию кремния, а в некоторых марках, содержащих в качестве добавки марганец (например, сталь 65Mn4), закаливаемость еще выше. Эти стали также не подходят для работы при высоких температурах. Содержание углерода в кремниевых сталях составляет около 0,38-0,60%.

Химический состав и марки

Конструкционные марки легированных пружинных сталей имеют довольно широкий диапазон содержания углерода C: 0,40-1,25%. За упругость этих сталей и другие характерные свойства материалов отвечает, среди прочего, кремний. В результате продолжающихся исследований, развития технологий конструкций и машин, не следует поддаваться стереотипам, что подгруппа легированных пружинных сталей используется только для изготовления пружин. Все чаще выходя за рамки стереотипов, стало фактом, что многие марки инструментальных сталей, высоколегированных коррозионно-стойких сталей и даже подшипниковых сталей обладают соответствующими свойствами и рассматриваются как пружинная сталь в исключительных случаях для специальных применений. Пружинные стали поставляются в состоянии отжига, термообработанном и в сыром состоянии.

Мы выделяем несколько основных подгрупп пружинной стали:

углеродистые пружинные стали (например, C60S, 1.1211, C55S, 60 или 70 / C67S , 75 / C75S, 85 / C85S, C90S, C100S, C125S)
кремниевые и кремниево-марганцевые стали (например, 38Si7 / 40S2, 46Si7, 51Si7 / 50S2, 56Si7 / 55S2, 52SiCrNi5, 1.7117, 60С2Г, 60С2Н2А и 50ХФА, 65Mn4 / 65G, 60SG)
хромистые стали с добавлением ванадия, марганца, молибдена, вольфрама и никеля (например, 51CrV4 / 50HF, 60С2А и 60С2ХА, 50HS, 50HG, 60SGH)

Листы, ленты, формы и пружинные прутки

Вышеописанные марки легированной и углеродистой пружинной стали определены польскими стандартами PN-74/H-84032, PN-75/H-84019, PN-60/H-84030 (PN-H-84032:1965), GOST 2052-53, GOST 14959-79, EN 10083 и EN 10089:2005, в соответствии с которыми поставляются:

Горячекатаные пружинные листы по EN 10029, PN-H-92135, PN-H-92134, GOST 14959-79
Поковки и пружинные прутки для свободной ковки по PN-79/H-94500, PN-84/H-94004, EN 10250-3, GOST 8479-70, GOST 1133-71
Пружинные ленты холоднокатаные по EN 10132-4:2004, EN 10131, PN-75/H-92335, PN-74/H-92329, GOST 2283-79
Пружинные вальцованные прутки по PN-96/H-93003, PN-64/H-92604 EN 10025-6 и EN 10060, GOST 2590,
Прессованные пружинные плоские профили по PN-H-93219 и EN 10092-1, GOST 103-2006
Пружинные тяги по PN-85/H-93210, а также лущеные пружинные прутки по PN-96/H-93005, PN-56/H-93006, PN-96/H-93009
Пружинные механические проволоки по EN 10270, PN-91/H-84028, PN-96/H-93005 и PN-55/H-80057