Конструкционная рессорно-пружинная сталь 65Г, выпускается по ГОСТ 14959 и отличается высокой упругостью и износостойкостью. Не зря данная сталь используется для изготовления пружин, корпусов подшипников и рессор и... для ножей. Конечно, это не лучший вариант для кухонных, охотничьих, туристических и подобных ножей, но есть две группы клинкового оружия, для которых 65 Г является наилучшим вариантом. Догадались? Конечно, это метательные ножи и турнирные мечи...
На фото метательные нож «Твист» с цельнометаллическим клинком из стали 65Г
Расшифровка стали
Здесь всё просто. (Г) - это легирующий элемент «марганец». (65) - процентное содержание углерода в сплаве в сотых долях. Марганец в составе стали призван увеличить её упругость и сопротивление разрыву, что для спортивных метательных ножей имеет очень важное значение.
Характеристики стали (кратко)
- Износостойкость
- Вязкость
- Прочность
- Упругость
- Сопротивление разрыву
- Ножи показывают хороший рез (хотя для метательных ножей это ни к чему)
- Относительно низкая стоимость
Сталь для турнирного оружия
Всё вышеперечисленное актуально не только для изготовления метательных ножей, но и для производства турнирного оружия (мечи, шашки и т.п.).
На фото: Турнирное оружие для фестиваля «Богатырские забавы» в парке «ОружейникЪ» (Златоуст) было изготовлено как раз из стали 65Г.
Минусы
Как отмечали выше, сталь относиться к углеродистой группе и подвержена коррозии. Поэтому не забываем два важных правила: держим клинки в сухости и чистоте и периодически смазываем касторовым малом. Уход за ножами из стали 65Г сравним с уходом за ножами из дамасской стали .
Химический состав
Режимы термообработки
Температурный интервал закалки стали 65Г находится в пределах 800-830 °С. Последующий высокий отпуск в режиме 160-200 °С с дальнейшим охлаждением на спокойном воздухе позволяют получить на выходе твердость стали в пределах 45-47 HRC. Данная марка стали не боится перегрева, однако при закалке в верхних температурных значениях ударная вязкость стали начинает снижаться.
Резюмируем
Клинки из стали 65Г широко используются для изготовления метательного, спортивного оружия, турнирных мечей, а также секачей, топоров и мачете. В общем там, где важна стойкость клинкового оружия к ударным нагрузкам, а также невысокая стоимость таких изделий. Например, все метательные ножи компании «АиР » из Златоуста изготовлены именно из стали 65Г.
Казанский Государственный Технический Университет им. А. Н. Туполева
Институт авиации, наземного транспорта и энергетики
Кафедра: «Материаловедение и структура образующих технологий»
Дисциплина: «Материаловедение ч.2»
Курсовая работа
Тема: «Пружинные стали»
Выполнена:
Проверил:
Елабуга, 2009 г.
План:
1. Описание
2. Применение
3. Маркировка и основные характеристики
4. Особенность вальцовки пружинной стали
5. Основные требования, предъявляемые к рессорно-пружинной стали
6. Характеристика материала 68А
7. Литература
Описание:
Пружинная сталь - сталь, предназначенная для изготовления упругих элементов (пружин, рессор и т.д.)
Работа пружин, рессор и тому подобных деталей характеризуется тем, что в них используют только упругие свойства стали. Большая суммарная величина упругой деформации пружины (рессоры и т. д.) определяется ее конструкцией - числом и диаметром витков, длиной пружины. Поскольку возникновение пластической деформации в пружинах не допускается, то от материала подобных изделий не требуется высокой ударной вязкости и высокой пластичности. Главное требование состоит в том, чтобы сталь имела высокий предел упругости (текучести). Это достигается закалкой с последующим отпуском при температуре в районе 300-400° С. При такой температуре отпуска предел упругости (текучести) получает наиболее высокое значение, а то, что эта температура лежит в интервале развития отпускной хрупкости I рода, в силу отмеченного выше обстоятельства не имеет большого значения.
Пружины, рессоры и подобные им детали изготавливают из конструкционных сталей с повышенным содержанием углерода (но, как правило, все же более низким, чем у инструментальных сталей) - приблизительно в пределах 0,5-0,7% С, часто с добавками марганца и кремния. Для особо ответственных пружин применяют сталь 50ХФ, содержащую хром и ванадий и обладающую наиболее высокими упругими свойствами. Термическая обработка пружин и рессор из легированных сталей заключается в закалке от 800-850° С (в зависимости от марки стали) в масле или в воде с последующим отпуском в районе 400-500° С на твердость НRС 35-45. Это соответствует ст в = 1304-1600 кгс/мм 2 .
Иногда такой термической обработке подвергают детали конструкций большой длины и с тонкими стенками, которые должны обладать высокими пружинящими свойствами. В этом случае применяют сталь ЗОХГС; после закалки и отпуска при 250° С она будет иметь прочность (а в) 160 кгс/мм 2 , но вязкость (а д) всего лишь 5 кгс-м/см 2 , а пластичность (б) 7% и (ф.) 40%. Часто пружины изготавливают из шлифованной холоднотянутой проволоки (так называемой серебрянки). Наклеп (нагартовка) от холодной протяжки создает высокую твердость и упругость. После навивки (или другого способа изготовления) пружину следует отпустить при 250-350°С для снятия внутренних напряжений, что повысит предел упругости. Для изготовления серебрянки применяют обычные углеродистые инструментальные стали У7, У8, У9, У10.
На качество и работоспособность пружины большое влияние оказывает состояние поверхности. При наличии трещин, плен и других поверхностных дефектов пружины оказываются нестойкими в работе и разрушаются, вследствие развития усталостных явлений в местах концентрации напряжений вокруг этих дефектов. Кроме обычных пружинных материалов, имеются и специальные, работающие в специфических условиях (повышенные температуры, агрессивные среды, и т. д.).
Общая характеристика: сталь рессорно-пружинная, малочувствительна к флокенообразованию, склонна к отпускной хрупкости при содержании Mn≥1%, не применяется для сварных конструкций. Плотность при 20°С - 7,81х10³кг/м³. Модуль нормальной упругости при 20°С - 215 Гпа. Удельная теплоёмкость при 20-100°С - 490 Дж/(кг·°С)
Они работают в области упругой деформации металла под воздействием циклических нагрузок. Поэтому они должны иметь высокое значение предела упругости, текучести, выносливости при необходимости пластичности и высоком сопротивлении хрупкому разрушению.
Пружинные стали содержат С = 0,5 - 0,75% , Si до 2,8%, Mn до 1,2%, Cr до 1,2%, V до 0,25%, Bе до 1,2%, Ni до 1,7%. При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали малым пластическим деформациям, а следовательно, ее релаксационной стойкости. Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70С3А. Однако они могут подвергаться обезуглероживанию, графитизации, резко снижающим характеристики упругости и выносливости материала. Устранение указанных дефектов, а также повышение прокаливаемости и торможение роста зерна при нагреве достигается дополнительным введением в кремнистые стали хрома, ванадия, вольфрама и никеля. Для изготовления пружин также используют холоднотянутую проволоку (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г, 70, У8, У10 и др.. Применяются также пружины специального назначения из мартенситных сталей 30Х13А, мартенситно - стареющих 03Х12Н10Д2Т, аустенитно-мартенситных 09Х15Н8Ю и других сталей и сплавов. Стали закаливают с температур 830 - 880°С и отпускают на тростит (380 - 550°С).
Имеют высокий предел текучести. Отношение предела текучести к пределу прочности 0,8−0,9. Для листовых рессор и пружин подвесок применяют кремнистые и марганцовистые стали 50ХГ, 50Г2, 05Г, 55С2 и др. Для торсионных валов используются стали 45ХНМФА, G0C2A, 70СЗА.
Для повышения усталостной прочности деталей, работающих при высоких колебательных нагрузках, необходимо обеспечить в поверхностном слое создание остаточных сжимающих напряжений. С этой целью применяют заневоливание пружин, заневоливание и чеканку торсионных валов, обкатку роликами, пластическую осадку и дробеструйную обработку листовых рессор. Легированная рессорно-пружинная сталь, термообработанная до твердости HRC 45-50, имеет предел усталости при кручении 190 МПа. После дробеструйной обработки предел усталости увеличивается до 350 МПа (3500 кгс/см2).
Применение:
Пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок.
Виды поставляемой продукции: в горячекатаном состоянии (без термообработки) с твёрдостью не более НВ285; в высокоотпущенном состоянии - не более НВ241
Маркировка и основные характеристики:
Марки пружинных сталей:
Основные механические свойства рессорно-пружинной стали после специальной термической обработки.
| Марка стали | Рекомендуемый режим термической обработки | Механические свойства | |||||
| σт,кгс/мм2 | σв,кгс/мм2 | δ5 , % | φ , % | ||||
| Температура закалки, °С | Закалочная среда | Температура отпуска | |||||
| Не менее | |||||||
| 65 | 840 | Масло | 480 | 80 | 100 | 10 | 35 |
| 70 | 830 | » | 480 | 85 | 105 | 9 | 30 |
| 75 | 820 | » | 480 | 90 | 110 | 9 | 30 |
| 85 | 820 | » | 480 | 100 | 115 | 8 | 30 |
| 60Г | 840 | » | 480 | 80 | 100 | 8 | 30 |
| 65Г | 830 | Масло | 480 | 80 | 100 | 8 | 30 |
| 70Г | 830 | » | 480 | 85 | 105 | 7 | 25 |
| 55ГС | 820 | » | 480 | 80 | 100 | 8 | 30 |
| 50С2 | 870 | Масло или вода | 460 | 110 | 120 | 6 | 30 |
| 55С2 | 870 | То же | 460 | 120 | 130 | 6 | 30 |
| 55С2А | 870 | » » | 460 | 120 | 130 | 6 | 30 |
| 60С2 | 870 | Масло | 460 | 120 | 130 | 6 | 25 |
| 60С2А | 870 | » | 420 | 140 | 160 | 6 | 20 |
| 70С3А | 860 | » | 460 | 160 | 180 | 6 | 25 |
| 50ХГ | 840 | » | 440 | 110 | 130 | 7 | 35 |
| 50ХГА | 840 | » | 440 | 120 | 130 | 7 | 35 |
| 55ХГР | 830 | » | 450 | 125 | 140 | 5 | 30 |
| 50ХФА | 850 | » | 520 | 110 | 130 | 8 | 35 |
| 50ХГФА | 850 | » | 520 | 120 | 130 | 6 | 35 |
| 60С2ХФА | 850 | » | 410 | 170 | 190 | 5 | 20 |
| 50ХСА | 850 | » | 520 | 120 | 135 | 6 | 30 |
| 65С2ВА | 850 | » | 420 | 170 | 190 | 5 | 20 |
| 60С2Н2А | 880 | » | 420 | 160 | 175 | 6 | 20 |
| 60С2ХА | 870 | » | 420 | 160 | 180 | 5 | 20 |
| 60СГА | 860 | » | 460 | 140 | 160 | 6 | 25 |
Особенность вальцовки пружинной стали:
Особенность состоит в последовательности термообработки таких сталей. Так, при навивке пружин пруток находится в отожженном состоянии, что обеспечивает простоту выполнения операции. Затем пружину закаливают. Последний этап - низкий отпуск (130...150 град.), он еще называется пружинным.
Основные требования, предъявляемые к рессорно-пружинной стали:
Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, - обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). Эти характеристики обеспечивают точность и надёжность работы пружин и постоянство во времени таких эксплуатационных свойств, как крутящий момент, силовые параметры. Пружинные стали в виде проволоки и ленты упрочняют холодной пластической деформацией и закалкой на мартенсит с последующим отпуском. Готовые пружины подвергают стабилизирующему отпуску.
Упругие свойства рессорного подвешивания оценивают с помощью силовых характеристик и коэффициентом жесткости или коэффициентом гибкости (гибкостью). Кроме того, рессоры и пружины характеризуются геометрическими размерами. К основным размерам (рис. 1) относятся: высота рессоры или пружины в свободном состоянии без груза Н св и высота под грузом H гр, длина рессоры, диаметр пружины, диаметр прутка, число рабочих витков пружины. Разность между Н св и H гр называется прогибом рессоры (пружины) f . Прогиб, полученный от спокойно лежащего на рессоре груза, называется статическим. У листовых рессор для более удобного измерения прогиб определяется размерами Н св и H гр около хомута. Гибкие свойства рессор (пружин) определяются одной из двух величин:
- коэффициентом гибкости (или просто гибкостью);
- коэффициентом жесткости (или просто жесткостью).
Рис. 1 - Основные размеры рессор и пружин
Прогиб рессоры (пружины) под действием силы, равной единице, называется гибкостью f 0:
где Р - внешняя сила, действующая на рессору, Н;
f - прогиб рессоры, м.
Важной характеристикой рессоры является ее жесткость ж , которая численно равна силе, вызывающей прогиб, равный единице. Таким образом,
ж = P/f.
Для рессор, у которых прогиб пропорционален нагрузке, справедлива равенство
P = ж f.
Жесткость - величина, обратная гибкости. Гибкость и жесткость рессор (пружин) зависят от их основных размеров. При увеличении длины рессоры или при уменьшении числа и сечения листов гибкость ее увеличивается, а жесткость уменьшается. У пружин с увеличением среднего диаметра витков и их числа и с уменьшением сечения прутка гибкость увеличивается, а жесткость уменьшается.
По величине жесткости и прогиба пружины или рессоры определяется линейная зависимость между ее прогибом и силой упругости P = ж f, представленная графически на (рис. 2). Диаграмма работы цилиндрической пружины, не имеющей трения (рис. 2, а), изображается одной прямой линией 0А, соответствующей как нагружению пружины (возрастанию Р), так и ее разгрузке (уменьшению Р). Жесткость в этом случае величина постоянная:
ж = P/f∙tg α.
Пружины переменной жесткости (апериодические) без трения имеют диаграмму в виде линии 0АВ (рис. 2, б).
Рис. 2 - Диаграммы работы пружин (а, б) и рессоры (в)
При работе листовой рессоры возникает трение между ее листами, что способствует затуханию колебаний подрессоренного экипажа и создает более спокойное его движение. В то же время слишком большое трение, увеличивая жесткость рессоры, ухудшает качество подвешивания. Характер изменения силы упругости рессоры при статическом нагружении изображен на (рис. 2, в). Эта зависимость представляет замкнутую кривую линию, верхняя ветвь которой 0A 1 показывает зависимость между нагрузкой и прогибом рессоры при ее нагружении, а нижняя А 1 А 2 0 - при разгрузке. Разница между ветвями, характеризующими изменение сил упругости рессоры при ее нагружении и разгрузке, обусловливается силами трения. Площадь, ограниченная ветвями, равна работе, затраченной на преодоление сил трения между листами рессоры. При нагрузке силы трения как бы сопротивляются увеличению прогиба, а при разгрузке препятствуют выпрямлению рессоры. В вагонных рессорах сила трения увеличивается пропорционально прогибу, так как соответственно возрастают силы прижатия листов друг к другу. Величина трения в рессоре обычно оценивается так называемым коэффициентом относительного трения φ, равным отношению силы трения R тр к силе Р, создающей упругую деформацию рессоры:
Величина силы трения связана с прогибом f и жесткостью рессоры ж , обусловленной ее упругими свойствами, зависимостью
Главное отличие данной разновидности металлопродукции от аналогов – увеличенный (причем значительно) предел текучести. Эта особенность пружинной стали дает возможность всем образцам, которые из нее изготовлены, восстанавливать свою форму после устранения причин, вызвавших деформацию. Разберемся с марками пружинной стали и спецификой и ее использования.
ТУ на продукцию из пружинной стали, сортамент и ряд других параметров определены соответствующими ГОСТ. Для проката – № 14959 от 1979, для пружин – № 13764 от 1986 годов.
Обозначение стали
Оно довольно сложное, с некоторыми оговорками касательно отдельных ее марок. Например, по суммарной массе остаточных долей компонентов. Но в общем виде маркировка следующая:
Позиции (слева направо)
- Первая – масса углерода, выраженная сотыми долями процента (2 цифры).
- Вторая – легирующий элемент (одна или несколько букв).
- Третья – его доля, округленная до целого значения (цифры). Их отсутствие свидетельствует о том, то данный показатель не превышает 1,5%.
Классификация сталей пружинных
Марки и специфика применения пружинной стали
50ХГ (ХГА) – рессоры, пружины всех видов транспорта, в том числе, ж/д.
- 50ХГ ФА – для изделий особого назначения.
- 50ХСА – в основном для часовых пружин.
- 50ХФА – измерительные ленты; детали, подвергающиеся повышенному нагреву (до +300 ºС); конструктивные элементы, отвечающие высоким требованиям по усталостной прочности.
51ХФА – то же, что и для аналога 50-й серии. Кроме того, изготовление пружинной проволоки сечением до 5,5 мм; лент и катанки.
55С2 (С2А, С2ГФ) – рессоры, пружины и тому подобное.
55ХГР – полосовая сталь для рессор от 3 до 24 мм толщиной.
60Г – любые детали пружинного типа, которые должны соответствовать высоким требованиям по износостойкости и упругости.
60С2 (С2А, С2Г, С2Н2А, С2ХА) – диски фрикционные, рессоры и пружины категории «высоконагруженные».
60С2ФХА – аналогичные детали, материалом для изготовления которых является сталь крупная, калиброванная.
65 – для деталей, испытывающих значительные вибрации и подвергающихся трению в процессе эксплуатации механизмов.
- 65Г – для конструктивных элементов, не подвергающихся ударным нагрузкам, высокой износостойкости.
- 65ГА – проволока, прошедшая термообработку (1,2 – 5,5 мм).
- 65С2ВА – высоконагруженные детали (рессоры, пружины и так далее).
68 (ГА) – аналогично 65ГА.
70 (Г) – аналогично 60Г.
- 70Г2 – то же; кроме того, часто используется при изготовлении ножей землеройных механизмов.
- 70С2ХА (С3А) – см. 65С2ВА.
- 70ФГФА – см. 65ГА.
75, 80, 85
– пружины различной конфигурации (плоские, круглые), к которым предъявляются повышенные требования по основным параметрам – износостойкость, упругость, прочность.
SL, SH, SM, ДН, ДМ – для пружинных изделий, которые эксплуатируются в условиях как статических, так и динамических нагрузок.
КТ-2. Такая пружинная сталь используется в производстве холоднокатаной, из которой делают пружины без закалки, с холодной же навивкой.
Автор обращает внимание, что приведенная информация – общего характера, так как использование подобных сталей не ограничивается лишь изготовлением рессор, фрикционных элементов и пружин. Спектр применения более широкий. Например, струны для фортепиано. Кроме того, эта сталь может быть не только в виде проволоки, но и в листовом исполнении. Для более детального ознакомления с данной продукцией следует обратиться к указанным ГОСТ.Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и поглощения механической энергии. Пружины изготавливаются из материалов, имеющих высокие прочностные и упругие свойства. Пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3).
Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.
Пружины различают:
По конструкции:
Витые цилиндрические (винтовые);
. Витые конические (амортизаторы);
. Спиральные (в балансе часов);
. Плоские;
. Пластинчатые (например, рессоры);
. Тарельчатые;
. Торсионные;
. Жидкостные;
. Газовые.
По виду воспринимаемой нагрузки:
Пружины сжатия рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы;
. Пружины растяжения рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца;
. Пружины кручения могут быть двух видов: торсионные - стержень работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина) и витые пружины работающие на кручение;
. Пружины изгиба.
Рессора — упругий элемент подвески транспортного средства. Рессора передаёт нагрузку с рамы или кузова на ходовую часть (колеса, опорные катки гусеницы и т. д.) и смягчает удары и толчки при прохождении по неровностям пути.
Основные виды рессор:
Листовая рессора представляет собой пакет листов различной длины, изготовленных из закаленной стали и соединённых хомутами.. Листовая рессора работает на изгиб как упругая балка. В последнее время наблюдается тенденция к переходу от многолистовых к малолистовым и даже монолистовым рессорам, иногда — изготовленным из неметаллических материалов (композитов).
Современные рессоры часто для уменьшения массы делают не из металла, а из композитных материалов.
Разновидности листовых рессор:
Эллиптическая — в плане имеет форму, близкую к эллипсу; использовались в подвеске конных экипажей и ранних автомобилей; преимущество — большая мягкость и как следствие плавный ход; минус — технологическая сложность, малая прочность, большая чувствительность к продольным, поперечным и боковым силам, вызывающая огромный «увод» моста при работе подвески и S-образный изгиб при разгоне и торможении — соответственно, нарушение управляемости, громоздкость;
. 3/4-эллиптическая: имеет форму трёх четвертей эллиса; использовалась на экипажах и ранних автомобилях благодаря своей мягкости, к двадцатым годам вышла из употребления по тем же причинам, что и эллиптическая;
. Полуэллиптическая — в виде полуэллипса; наиболее распространённый тип; представляет собой компромисс между комфортабельностью, компактностью и технологичностью, широко распространена на грузовых автомобилях — до сих пор, на легковых — до середины 1970-х годов, исключительно на заднем мосту; «увод» моста при работе подвески и S-образный изгиб при разгоне и торможении присутствуют, но в меньшей степени, чем у предыдущих вариантов, и могут быть частично или даже полностью компенсированы введением в конструкцию дополнительных реактивных штанг;
. Четверть-эллиптическая — конструктивно это половина полуэллиптической; как упругий элемент, достаточно жёсткая; применялась, как правило, для создания независимой подвески, реже — зависимой.
Торсионная рессора. Основным рабочим элементом торсионной рессоры является торсион — упругий стержень, работающий на скручивание. Торсионные рессоры применяются, в основном, для подвесок бронемашин.
Пружинная рессора - в качестве рабочего упругого элемента используется пружина. Могут использоваться цилиндрические, конические, параболоидные или тарельчатые пружины.