Ресорно-пружинні сталі

Основними вимогами, які пред'являють до ресорно-пружинних сталей, є високий опір малим пластичним деформаціям (висока межа пружності), висока межа витривалості та підвищена релаксаційна стійкість із збереженням пружних властивостей впродовж тривалого часу. В пружинах та ресорах деформація не допускається, тому високі значення пластичності та в'язкості менш суттєві.

Високі пружні властивості забезпечуються при вмісті 0,5-0,7% С та отриманні трооститної структури за рахунок гартування та середнього відпуску при температурі 350-450⁰С. Вуглецеві пружинні сталі (Ст 65, Ст 70) після термічної обробки на троостит мають s_0,2=800 МПа.

Сталі для пружин та ресор легують, звичайно, кремнієм та марганцем (65Г, 60С2, 70С3А, 60СГ), іноді сумісно з іншими елементами (40ХФА, 50ХФА, 3Х2В8Ф). Введення кремнію затримує розпад мартенситу при відпуску. Кремній та марганець зміцнюють ферит та збільшують прогартовуваність сталі.

Ресорно-пружинні сталі повинні мати добру загартовуваність та прогартовуваність. Присутність після гартування в структурі продуктів перлітного перетворення чи залишкового аустеніту погіршує пружні властивості сталі. Для підвищення опору пластичним деформаціям важливу роль відіграє отримання дрібнозернистої структури.

Середні властивості вуглецевих ресорно-пружинних сталей після термообробки: s_В=800-1000 МПа, s_0,2=1000-1200 МПа, d=5-8%, y=25-30%, межа витривалості при згинаючому навантаженні 500-650 МПа, при крученні 300 МПа. Величина межі витривалості зменшується при наявності поверхневих дефектів та зневуглецювання. Після дробеструйної обробки в поверхневих шарах створюються залишкові стискуючі напруження, що збільшує витривалість. Межа стомленості в результаті поверхневого нагартування підвищується у 1.5-2.0 рази.

При легуванні ресорно-пружинних сталей кремнієм та іншими елементами міцність збільшується до s_В=1300-1800 МПа, s_0,2=1100-1600 МПа при d=5-8%, y=20-35%. Пружини з вуглецевих, марганцевих, кремністих сталей працюють при температурах не більше 200⁰С. При нагріванні до 300⁰С використовують пружини зі сталі 50ХФА, а при більш високих температурах — з більш теплостійких сталей: до 500⁰С — зі сталі 3Х2В8Ф, понад 500⁰С — із сталі Р18.

Для роботи в агресивних середовищах пружини виготовляють із хромистих корозійностійких сталей типу 40Х13, 95Х18 та інших. В деяких випадках для роботи в агресивних середовищах та в кріогенних умовах необхідно використовувати мартенситостаріючі сталі.

Шарикопідшипникові сталі

Деталі підшипників кочення (шарики, ролики, обойми) працюють в умовах високих питомих знакозмінних навантажень. Сталі для підшипників повинні мати високу твердість та зносостійкість в сполученні з високою межею контактної стомленості. До сталей пред'являються вимоги по мінімальному вмісту неметалевих включень, розвитку карбідної неоднорідності та пористості, тому що дефекти, які знаходяться в поверхневому шарі, стають концентраторами напруги та викликають передчасні руйнування від стомленості.

Сталі маркірують літерою Ш — шарикопідшипникова, Х — хромиста та цифрою, яка вказує на вміст хрому в десятих долях відсотка. Вміст вуглецю в підшипникових сталях складає біля 1%.

Термічне оброблення складається з гартування від 830-840⁰С в олії та низького відпуску при температурі нижче 200⁰С. Після термооброблення твердість повинна бути не менше 62 HRC.

Сталь ШХ4 має наступний склад: 0.95-1.05% С, 0.35-0.55% Cr, 0.9-1.2% Mn, 0.40-0.65% Si. При виготовленні роликів більшого діаметра використовують сталь ШХ20СГ, яка містить 0.90-1.00% С, 1,4-1,7% Cr, 1,4-1,7% Mn, 0.55-0.85% Si. Підшипники, які використовують для роботи в агресивних середовищах, виготовляють із нержавіючої сталі 95Х18. Довготривалість сферичних підшипників в значній мірі визначається відхиленням від сферичної форми, яке призводе до биття. Ці відхилення ретельно контролюють.

Зносостійкі сталі

Знос — це одна з найважливіших проблем довговічності машин та приладів.

До основних видів зносу відносять окисний та абразивний знос. При окисному зносі на поверхні тертя утворюються нові окисні фази, після чого вони видаляються з поверхні тертя. Це найбільш поширений вид зносу, що виникає як при сухому терті, так і в присутності мастил.

Абразивний знос обумовлений наявністю твердих порошкоподібних матеріалів у зоні тертя, він спостерігається в широкому колі машин.

Для боротьби зі зносом машин необхідно правильно підбирати матеріали й технологію оброблення тертьових поверхонь.

Ступінь зносу тертьових поверхонь залежить від часу зносу:

I — початковий період приробки; II — період сталого зносу, який характеризується постійною швидкістю зносу; III — період посиленого зносу, що приводить до утворення великих зазорів у тертьових деталях.

Зменшення початкового та сталого зносу досягається раціональним вибором матеріалів тертьової пари. Прироб полегшується, коли сполучені деталі мають різну твердість (твердий вал — м'який підшипник). Для полегшення прироблення твердих матеріалів застосовують покриття з м'яких металів (Pb, Sn, Zn), а також фосфатні, сульфідні та інші.

До зносостійких відноситься сталь 110Г13Л, яка називається сталлю Гадфільда. Ця сталь є аустенітною високомарганцевою, із якої литтям (або іноді ковкою) виготовляють деталі, від яких вимагають високу зносостійкість в умовах ударних навантажень.

До таких деталей відносять залізодорожні хрестовини, траки гусеничних машин, щоки дробарок, зубця ковшів екскаваторів та інше.

Сталь 110Г13Л містить: 0.9-1.4% C, 11.5-15.0% Mn, 0.5-1.0% Si. Після лиття структура складається з аустеніту та надлишкових карбідів (Fe, Mn)₃C. При нагріванні карбіди розчинюються в аустеніті, тому після гартування від температури 1100⁰С у воді отримують чисто аустенітну структуру з малою твердістю 200 НВ.

Аустеніт легований марганцем добре нагартовується, особливо при ударних навантаженнях, і після деформації в процесі експлуатації набуває твердість до 50-55 HRC.

Недоліком сталі 110Г13Л є погана оброблюваність різанням, тому деталі з неї частіше всього виготовляють литтям без механічного оброблення. До того ж при чисто абразивному зносі у відсутності ударних навантажень (наприклад, тертя по піску) ефективного нагартування сталі 110Г13Л не спостерігається, що призводить до підвищеного зносу деталей.

Через те, що на знос працює тільки поверхня деталі, для збільшення зносостійкості широко застосовують різні види поверхневого зміцнення: поверхневе загартування, різні методи хіміко-термічної обробки й нанесення металевих покриттів.

До найбільш дешевого й поширеного методу поверхневого зміцнення деталей відносять поверхневе загартування струмами високої частоти. Біля 60% усіх деталей, що поверхнево зміцняються, піддають високочастотному загартуванню, біля 40% — піддають ХТО (цементація, ціанування, азотування).

Методи дифузійної металізації (борування, берилізація та ін.) дозволяють одержати дуже високу твердість і зносостійкість у сполученні з високою корозійною стійкістю і структурною стабільністю при підвищених температурах.

Для підвищення зносостійкості деталей машин широко застосовують електролітичне хромування, зокрема, для збільшення зносостійкості поршневих каблучок. Для поліпшення приробки поршневі каблучки покривають тонким шаром олова (4-8 мкм), що добре адсорбує і добре воложить мастило, забезпечує щільне прилягання каблучок до поверхні циліндра і низький коефіцієнт тертя. Для цих же цілей застосовують фосфатування, графітизація (плівки графіту) і сульфідування.

Значне підвищення зносостійкості можна одержати шляхом електроіскрового зміцнення в результаті зміни хімічного складу поверхні тертя. При іскровому розряді з позитивного електрода (графітовий або інший матеріал) вириваються частки електрода і переносяться на поверхню деталі, зарядженої негативно.

Наприклад, при переносі часток з вугільного електроду на поверхню заліза, яка при цьому сильно розігрівається, утворюється шар карбідів із високою твердістю.

Для зменшення зносу використовують внутрішнє окислювання шляхом створення твердих окислів унаслідок дифузії кисню в поверхневий шар. Використовується і плазмове напилювання для одержання на поверхні тугоплавких твердих карбідів вольфраму, титану й інших елементів.

Поиск по сайту: