Pružinová ocel | Užitečné články o válcovaných kovových výrobcích

Pružinové oceli jsou určeny pro výrobu pružin, listových pružin, torzních válečků a membrán. Hlavním požadavkem na tyto oceli je zachování elastických vlastností po dlouhou dobu.

Pružinové oceli musí mít vysokou mez pružnosti a mez únosnosti. Tyto oceli obvykle obsahují 0,5. 0,7 % C a jsou nejčastěji legovány křemíkem, který zvyšuje prokalitelnost, mez pružnosti, zpomaluje rozklad martenzitu při popouštění a výrazně zpevňuje ferit.

Křemíkové oceli 50C2, 55C2, 60C2A, 70C3A se používají pro výrobu vozových pružin, mnoha automobilových pružin, pro torzní hřídele atd. Režimy tepelného zpracování a mechanické vlastnosti ocelí jsou uvedeny v tabulce 11.

Tabulka 11 — Režimy tepelného zpracování a mechanické vlastnosti pružinových ocelí

Oceli 60S2KhFA a 65S2VA mají vysokou prokalitelnost a pevnost, používají se k výrobě velkých, vysoce zatížených pružin. V podmínkách vysokého dynamického zatížení se používá ocel s niklem 60C2H2A.

Pro zvýšení odolnosti pružin se široce používá tryskání a hydroabrazivní úprava.

Tato slitina má jednu jedinečnou vlastnost – schopnost vrátit se do původního tvaru po odstranění tlaku. Tato vlastnost je výhodná, pokud nechcete, aby pružina praskla nebo se nenávratně zdeformovala. Pomocí pružinové oceli je možné získat výrobky odolné proti opotřebení pro potřeby strojírenství a dalších průmyslových odvětví.

Základní vlastnosti pružinové oceli

Pružinová ocel je slitina s nízkým procentem legujících složek (obecně do 2,5 %). Je potřeba k výrobě pružin, listových pružin a dalších výrobků, kde je velmi důležitá elasticita – schopnost vrátit se do původního tvaru po odstranění tlaku, kroucení, ohýbání.

Pružinová ocel má dobrou odolnost proti křehkému lomu. Přítomnost této vlastnosti je zvláště důležitá při výrobě komponentů různých automobilových systémů, podvozků malých letadel a generálních klíčů. Kov se vyznačuje tažností a zlepšenou elasticitou díky popouštění v rozsahu teplot od +300 do +480°.

Vlastnosti oceli se mění spíše zpracováním než zahrnutím jiných součástí. Pokud pružinu uvolníte, vrátí se do normálního tvaru. Jeho chemické vlastnosti a fyzikální vlastnosti se však nezmění.

Možnosti použití pro pružinovou ocel různých jakostí

Jak je zřejmé z názvu kategorie, pružinová ocel je potřebná k vytvoření pružin pro různé účely. Není to však jediná možnost jeho využití.

Pružinová ocel bude vyžadována v následujících případech:

• výroba strun pro klavíry a jiné hudební nástroje;
• pro antény, svorky, listové pružiny;
• tvorba mečů pro sportovce zapojené do historického šermu a účastnící se jevištních bitev;
• pro flexibilní a otěruvzdorné hlavní klíče;
• výroba těsnění těsnících spojů.

Složení nízkolegované slitiny a procento složek je uvedeno v označení. Například. 61G je levný, tvrdý a elastický materiál, vyznačující se nízkou únavovou pevností (až 200 tisíc cyklů). Díky vysoké meze kluzu a síle se pružina po zkroucení vrátí do původního tvaru.

Pružinová ocel se používá při výrobě torz ložisek, hran, ozubených kol a dalších mechanismů, které vyžadují zvýšenou odolnost proti opotřebení a schopnost odolávat křehké destrukci. Kov má zvýšenou tažnost, odolnost proti relaxaci a omezenou elastickou destrukci.

Pokud pružinová ocel není řádně kalená, výrobky z tohoto kovu křehnou a snadno se drolí. Výrobní specialisté proto přísně dodržují technologii práce a doporučené teplotní podmínky pro práci s ocelí.

Fyzikální vlastnosti pružinových ocelí různých jakostí

Kov se dokáže vyrovnat s dynamickým zatížením, ohybem či kroucením a vrátit se do původního tvaru. To je velmi důležitá vlastnost u pružinových svorek a pružinových produktů.

Pružinová ocel má následující vlastnosti:

• Odolává elastické deformaci. Ocelová pružina se obtížně stlačuje, takže se po dekompresi snadno vrátí do původního tvaru.
• Pokud na ocelovou pružinu netlačíte, výrobek se vrátí do původní podoby. Tomu se říká nízký index zbytkového prodloužení.
• Zachovává krystalickou strukturu. Pokud je pružina stlačena, nepraskne ani se nezlomí. Tato vlastnost je možná smícháním oceli s malými dávkami niklu, chrómu a dalších kovů.
• Pokud jsou použity legující komponenty, které tvoří tenký oxidový film, ocelový produkt odolává korozi.
• Odolává různým chemickým reakcím oxidace a redukce. Tuto vlastnost vysvětlují také přísady do oceli.

Máme co do činění s pružnou, trvanlivou, tažnou slitinou. Našel uplatnění v různých oblastech průmyslu včetně chemického a potravinářského. Můžete s ním pracovat v širokém teplotním rozsahu (až +250°).

Přísady do oceli

Vlastnosti oceli do značné míry závisí na množství legovacích přísad a technologiích zpracování. Aby byla pružinová ocel pružná, je kov podél průřezu vytvrzen. Pokud se tak nestane, bude na jednotlivých částech výrobku patrná vysoká mez kluzu. Při delším tlaku hrozí prasknutí nebo prasknutí.

Optimální množství uhlíku v oceli je do 0,7 %. Pokud překročíte doporučenou normu, riziko prasknutí kovu z dlouhodobého zatížení se výrazně zvýší. V tomto případě se pružinová ocel stane nepoužitelnou.

Doporučené koncentrace legovacích přísad:

• přídavek niklu do oceli – až 2,5 %;
• použití manganu – od 0,1 do 1,1 %;
• přídavek wolframu – ne více než 1,2 %;
• použití niklu – do 1,7 %;
• použití mědi – obvykle se vyžaduje až 0,15%.

Při práci s ocelí se používá kalení – zpevňovací tepelné zpracování při teplotách od +800°C do +900°C. Tento postup zvyšuje mez kluzu, ale vyvolává tvorbu martenzitu (přesycený pevný uhlíkový roztok). K jejímu zničení se používá temperování – ohřev legované oceli na +500°C s dalším chlazením obrobku. Požadavky na výrobu jsou jasně uvedeny v GOST.

Nevýhody pružinové oceli

Přes vynikající fyzikální vlastnosti oceli s nízkým obsahem legujících složek nelze zavírat oči před jejími dvěma významnými nevýhodami. Dále vám o nich řekneme více.

První nevýhodou při práci s touto ocelí je, že se materiál obtížně svařuje. Vlivem vytvrzení se vnější vrstva mírně deformuje a ničí. Pokud natavíte vnější tvrzenou vrstvu oceli, vytvoříte nekvalitní svar s prasklinami.

Také takové kovy je obtížné řezat, protože hlavní vlastností pružinových ocelí je jejich vysoká odolnost proti elastické deformaci.

Pokud však správně zohledníte výhody a nevýhody slitin, můžete je co nejefektivněji využít při výrobě dílů.

Třídy oceli

Podle norem GOST je každému kovu přiřazen jedinečný krátký kód, který by měl vypovídat o počtu legujících prvků slitiny a jejich procentech. Kód se skládá z kombinace písmen a číslic. Nejprve je uveden obsah uhlíku a poté poměr kovů v sestupném pořadí.

Pokud vedle písmenného označení legujícího prvku nejsou žádná čísla, znamená to, že je obsažen v malých dávkách (do 1 %). Kód uvádí všechny přísady přítomné ve slitině. To umožňuje zákazníkům vybrat si konkrétní třídy oceli a vytvářet produkty se zlepšeným výkonem.

Nejoblíbenější třídy oceli:

• 50ХГ – jakost oceli s koncentrací uhlíku do 0,5 %. Používá se při výrobě automobilových pružin a komponentů pro lokomotivy. Slitina oceli obsahuje malé přísady manganu a chrómu (do 1 %).
• 60G – pružinová ocel s 0,6 % uhlíku a manganu do 1 %. Je potřeba pro kroužky, brzdové čelisti automobilů a motocyklů.
• 70S3A – slitina oceli skládající se z následujících složek: uhlík (0,7 %), křemík (3 %); dusík (ne více než 1 %). Potřebné při vytváření elastických pružin v silně zatížených mechanismech.
• 85 – slitina oceli s 0,85 % uhlíku a bez dalších legujících přísad. Používá se při výrobě automatických převodovek. Ocel třídy 65 je považována za podobnou, s obsahem uhlíku 0,65 %.
• 70 G2 je slitina oceli s uhlíkem (0,7 %) a rezervou manganu (až 2 %), která je potřebná k výrobě nožů pro zemědělské stroje.
• 60C2 je slitina s až 2 % křemíku a pouze 0,6 % uhlíku. Je potřeba pro zatížené hřídele, podložky, pružiny pro různé účely.

Ve slitině lze nalézt malé koncentrace manganu, wolframu, křemíku a chrómu. Nejžádanější jsou druhy oceli, které mají jednotnou strukturu a dobrý poměr tažnosti a pevnosti. Používají se při výrobě pružin pro železniční dopravu. Například ocel třídy 55C2A obsahuje až 0,55 % uhlíku, až 2 % křemíku a ne více než 0,025 % fosforu a síry. Používá se při výrobě pružin lokomotiv a železničních vozů. Ocel třídy 55C2A také obsahuje až 0,2 % mědi.

Výroba pružinové oceli

Existuje několik typů dodávek oceli – „plech“, „dráty“, „čtverec“ nebo „šestihran“. Výroba volí formu dodání s přihlédnutím ke způsobu zpracování a konečnému vzhledu produktu.

Pro zajištění vysoce výkonné pružinové oceli je třeba vzít v úvahu následující vlastnosti:

• struktura – chemické složení slitiny, vybrané metody dalšího zpracování obrobků;
• přítomnost nekovů ve složení oceli, kterou lze eliminovat tavením a odléváním;
• velikost, tvar dílu (ocelová pružina může mít tvar spirály nebo oblouku).

Při natahování výrobku jsou závity pružiny vystaveny různému zatížení zevnitř i zvenku. V tomto případě se vnitřní závity musí vypořádat s největší deformací. Konce pružiny se používají pro upevnění, takže v těchto oblastech může také docházet ke zvýšenému namáhání. S ohledem na tyto vlastnosti dodává společnost Stalmet takové druhy oceli, které jsou přednostně vhodné pro tlak nebo tah. Přísně dodržujeme požadavky GOST. Zajistíme velkoobchodní nebo maloobchodní dodávky oceli s vlastnostmi, které požadujete.

Technologie výroby pružinových ocelí všech jakostí

K získání slitiny s nezbytnými fyzikálními vlastnostmi používáme dva druhy zpracování oceli: popouštění a kalení. Oba procesy musí být prováděny s přísným dodržováním teplotního režimu a zavedené technologie. Jinak se pružina během provozu mechanismu snadno rozpadne, což je pro podniky velmi nepohodlné.

Vlastnosti zpracování kovů:

• Kalení je proces zpevňování kovu při vysokých teplotách. Tento postup umožňuje zvýšit mez kluzu. Tímto způsobem můžete získat elastický, tvárný, otěruvzdorný materiál pro pružiny různých druhů dopravy.
• Kalení má významnou nevýhodu – tvorbu martenzitických sloučenin uvnitř oceli. Dělají materiál tvrdý a křehký zároveň. Aby se tento nedostatek zbavil, měla by být taková spojení zničena.
• Temperování je proces zaměřený na zničení martenzitických sloučenin v oceli. Na rozdíl od kalení postup zahrnuje zahřátí na nízkou teplotu s následným ochlazením. Tím se spoje zničí a materiál získá potřebné vlastnosti.

Teplota zpracování závisí na legujících složkách a jakosti. Například pro jakost 65G se doporučuje kalení při teplotách do +850° a popouštění při teplotách do +500°. Tímto způsobem můžete odstranit zbytečné napětí uvnitř kovu a dodat oceli potřebné vlastnosti. Není potřeba žádný normalizační postup.

Kalení pružinové oceli různých jakostí

Kalení zvyšuje pevnost a odolnost proti opotřebení o polovinu. Tyto jedinečné vlastnosti však lze zaznamenat pouze tehdy, je-li postup prováděn v souladu s technologií.

Při kalení hrají roli následující parametry:

• způsob ohřevu oceli;
• teplota mimo okno;
• povaha chlazení pružinové oceli;
• složení oceli (kolik a jakých legujících přísad, kolik uhlíku);
• jak je udržován teplotní rozsah;
• jak ochladit ocelový obrobek po kalení;
• Jak se skladují kovy různých jakostí.

Slitiny oceli s malým množstvím legujících složek je lepší rychle zahřát, jinak se uhlík rychle odpaří, což negativně ovlivní vlastnosti oceli. Je však důležité zabránit nerovnoměrnému ohřevu. Pokud se kov zahřívá nerovnoměrně, může se zvýšit riziko prasklin, hran a zlomení ocelových rohů.

Nejlepší možností je při práci s ocelí použít dvě pece. První pec postupně zvyšuje teplotu až na +700°. Pružinová ocel je poté umístěna do další pece pro konečné vytvrzení.

Při kalení tenkého kovu, který nepotřebuje rovnoměrné zahřívání, je logické používat elektrické pece. V ostatních případech je použití plynové pece praktické, pohodlné a ekonomické při práci s ocelí.

Doba výdrže oceli závisí na vlastnostech pece, tvaru výrobku, značce a dalších vlastnostech. Materiály se složitými tvary vyžadují dodatečné zahřívání. Kvalifikovaní výrobní specialisté budou sledovat proces kalení, aby kov získal potřebné pevnostní charakteristiky a nepodléhal zvýšenému riziku praskání.

Tepelné popouštění pružinových ocelí různých jakostí

Abychom se vyhnuli práci s tvrdými martenzitickými frakcemi, popouštíme oceli ihned po kalení. Teplotní režim tohoto procesu závisí na jakosti oceli. Kalení lze provádět v plamenové nebo elektrické peci. Doba trvání postupu závisí na vlastnostech trouby. Průměrná doba je od 30 do 150 minut při chlazení vzduchem. Obvykle se postup provádí při teplotách do +500 °. Aby nedošlo k poškození slitiny oceli, měly by být kontrolní postupy prováděny až po úplném ochlazení materiálu.

Specifika práce s různými druhy ocelí

Jemný studený rozklad se používá k vytvoření pevnější slitiny se středním a vysokým obsahem uhlíku. Pokud ocel není zvláště odolná vůči korozi, bude vyžadovat vysoké zahřátí. Pevnost a odolnost proti opotřebení mohou zlepšit různé techniky zpracování.

Pro zvýšení meze pružnosti se používá metoda kalení v oleji při +880° s následným popouštěním. To zlepšuje pracovní schopnosti ocelí. Chcete-li zvýšit tažnost, učinit materiál viskóznějším a stabilnějším, můžete použít techniku ​​izotermického tvrzení.

Nejoblíbenější druhy oceli:

• pro pružiny se zvýšenou odolností proti opotřebení – třídy 75,80, 85 a XNUMX;
• pro výrobu součástí různých zařízení – 55ХГ, 55 ХГА, 55С2;
• pro vytváření silně zatížených pružin – 60 S2G.

Většina uvedených jakostí oceli je odolná vůči zvýšeným vibracím. Všechny vzorky po odstranění příčin deformace obnoví svůj tvar.

Závěr o pružinových ocelích

Pružinová ocel je slitina se zvýšenou mezí kluzu. Tato kategorie zahrnuje oceli, které dokážou obnovit svůj původní vzhled po zastavení tlaku a jiných nárazů. Tato vlastnost vysvětluje použití této skupiny ocelí při výrobě pružinových spojů – brzdové čelisti, třecí kotouče, pružiny, ozubená kola, kroužky.

Kov prochází procesem kalení, po kterém následuje popouštění, aby získal své vynikající vlastnosti. Zároveň slitina obsahuje málo legujících složek. Obvykle obsahuje do 1% uhlíku, stejně jako malé dávky wolframu, manganu, dusíku a mědi. Přijatelné jsou i minimální koncentrace nekovů (obvykle do 0,025 %).

Hlavní nevýhodou takových ocelí je nepohodlné řezání a problematické svařování. Velmi dobře však snášejí kompresi. Při zpracování za dodržení teplotních podmínek a technologie nehrozí materiálu drolení a praskání.

Je možné vyrábět oceli s následujícími vlastnostmi:

• regulace martenzitových oblastí;
• kontrola mikrostruktury kovu;
• snížený minimální práh uhlíku a jeho maximální koncentrace ve složení oceli;
• testování kovů na únavu;
• stanovení meze pružnosti ocelí;
• omezení koncentrace nekovů ve složení.

Výroba pružinových ocelí je dvoustupňový proces. Za prvé, kov získá zvýšenou pevnost díky speciálnímu tepelnému zpracování v peci (kalení). Mez kluzu se tedy zvýší, ale vzniká martenzit. Aby se toho zbavili, přecházejí na druhou fázi výroby oceli – temperování. Poté se materiál na volném vzduchu sám ochladí.

Pro získání materiálu s vynikajícími vlastnostmi je nutné přísně dodržovat normy GOST týkající se technologií zpracování a použití legujících přísad.

Vytvořte si na webu přihlášku, co nejdříve vás budeme kontaktovat a zodpovíme všechny vaše dotazy.