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/мм².

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/мм², но вязкость (а_д) всего лишь 5 кгс-м/см², 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:

50ХГ	50ХГА	50ХГФА	50ХСА
50ХФА	51ХФА	55С2	55С2А
55С2ГФ	55ХГР	60Г	60С2
60С2А	60С2Г	60С2Н2А	60С2ХА
60С2ХФА	65	65Г

• 65ГА

• 65С2ВА

• 68А

• 68ГА

• 70

• 70Г

• 70С2ХА

• 70С3А

• 75

• 80

• 85

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. Пружинная сталь согласно EN 10270-1-SH и EN 10270-3-NS (марка 1.4310) Нижняя граница выносливости для растяжения прута из пружинной стали согласно EN 10270-1-SH может быть обозначена следующим образом: σ t = 2220 – 820 *log d Практическое правило определяет, что нижняя граница выносливости на растяжение нержавеющей пружинной стали согласно EN 10270-3-NS (марка 1.4310) составляет 85% выносливости на растяжение прута из пружинной стали согласно EN 10270-1-SH. σ t = 0,85 * (2220 – 820* log d) При расчёте пружин сжатия и растяжения, допустимое значение напряжения витков (τ w) составляет 40% величины σ t при статической нагрузке. При расчете пружин кручения допустимое напряжение изгиба ( σ b) составляет 70% величины σ t при статической нагрузке. Характеристика материала 68А: Характеристика материала 68А Марка: 68А Классификация: Сталь конструкционная рессорно-пружинная Применение: термически обработанная проволока диаметром 1.2-5.5 мм для изготовления пружин Химический состав в % материала 68А. C Si Mn Ni S P Cr Al Cu 0.65-0.7 0.15-0.25 0.4-0.55 до 0.2 до 0.025 до 0.025 до 0.12 до 0.05 до 0.15 Литература: http://www.zmk.ru/vidpr.html?vidpr=konstr&razd=ress http://alcomex.ru/tech-info-spring-steel.html http://www.steeltorg.com.ua/sp/sp_06.php http://ustroistvoavto.ru/?p=13 http://metalorgs.ru/term/p/3415-pruzhinnaja-stal.html http://materiall.ru/legirovannye-stali-i-splavy/59-pruzhinnye-stali.html http://www.partner-mh.ru/doku.php/produkcija:marochnik_stalej http://www.metallinvestural.ru http://www.splav.kharkov.com/choose_mat.php?class_id=20 Ссылки (links): http://www.zmk.ru/vidpr.html?vidpr=konstr&razd=ress http://alcomex.ru/tech-info-spring-steel.html http://www.steeltorg.com.ua/sp/sp_06.php http://ustroistvoavto.ru/?p=13 http://metalorgs.ru/term/p/3415-pruzhinnaja-stal.html http://materiall.ru/legirovannye-stali-i-splavy/59-pruzhinnye-stali.html http://www.partner-mh.ru/doku.php/produkcija:marochnik_stalej http://www.metallinvestural.ru/miekb/additions/steel_book/marst/v/_u_/marst/steel_konstr_rp/68a/ http://www.splav.kharkov.com/choose_mat.php?class_id=20 1. Реферат на тему Инновационный проект ночного клуба Баскунчак 2 2. Курсовая Индустрия развлечений. Игорный бизнес в России Азов-Сити 3. Реферат на тему Workaholism Essay Research Paper The official working 4. Статья Региональная демографическая политика и задачи географии 5. Реферат Этика делового общения 9 6. Реферат Положение маркетинга в современной России 7. Реферат Система координат действия и общая теория систем действия культура личность и место социальных 8. Контрольная работа Просвітництво Культурна характеристика 9. Курсовая на тему Бизнес план торгового предприятия фирмы его значение и содержание 10. Курсовая Образ учителя и его формирование у студентов педагогических учебных заведений Bukvasha Правила Контакты