Этим показателем обладают углеродистые и легированные марки металла.
Легированные и углеродистые материалы
Этот вид материала используют для производства жестких (силовых) упругих элементов. Причиной именно такому применению стало то, что высокий модуль упругости этой стали сильно ограничивает упругую деформацию детали, которая будет произведена из рессорно-пружинной стали. Также важно отметить, что этот тип продукта является высокотехнологичным и в то же время довольно приемлемым по своей стоимости. Кроме использования в авто- и тракторостроении, этот вид материала также широко применяется для изготовления силовых элементов в различных приборах. Чаще всего детали, которые произведены из этой стали, называют одним общим названием - пружинные стали общего назначения.
Для того чтобы обеспечить необходимую работоспособность силовых упругих элементов, необходимо, чтобы рессорная сталь обладала высоким пределом не только упругости, но и выносливости, а также релаксационной стойкостью.
Свойства
Для того чтобы удовлетворить такие требования, как выносливость, упругость и релаксационная стойкость, применяются материалы с повышенным содержанием углерода. Процент содержания этого вещества в используемом продукте должен быть в пределах от 0,5 до 0,7 %. Также важно подвергать этот закалке и отпуску. Проводить эти процедуры необходимо при температуре от 420 до 520 градусов по Цельсию.
Стоит заметить, что рессорная сталь, закаленная на мартенсит, обладает малым коэффициентом упругости. Он значительно повышается лишь при отпуске, когда образуется структура троосита. Процесс гарантирует повышение пластичности стали, а также вязкости ее разрушения. Эти два фактора важны для того, чтобы снизить чувствительность к концентраторам напряжения, а также увеличить предел выносливости продукта. Можно добавить, что положительными качествами характеризуется также и изометрическая закалка на нижний бейнит.
Ножи
Рессорная сталь для ножа некоторое время являлась наиболее распространенным материалом, особенно среди владельцев автомобилей. Изготовление острых предметов действительно осуществлялось из старых рессор, которые пришли в негодность для использования в транспортном средстве. Применение ножей из такого необычного материала осуществлялось как для различных бытовых нужд, так и для обычной резки продуктов на кухне. Выбор именно на эту деталь пал не случайно. Было несколько причин, почему именно рессорная сталь стала основным материалом для самодельного производства
Первая причина - это то, что из-за плохого качества дорог такая деталь как рессора, часто и быстро приходила в негодность. Из-за этого у многих автовладельцев этих узлов было в избытке. Детали просто лежали в гаражах. Доступность и стала первой причиной.
Вторая причина - это конструкция рессоры, которая включала в себя несколько листов углеродистой стали. Именно из этих элементов и можно было изготовить пару добротных ножей.
Третья причина - это высокая эластичность рессорной стали, которая позволяет проводить обработку материала, имея лишь минимальный набор инструментов.
Особенности ножей
Существенная причина, по которой именно этот вид стали стал обширно использоваться для производства ножей, - это состав самого продукта. На производстве данный состав получил название рессорно-пружинной стали 65Г. Как следует из названия, этот материал широко используется для производства рессор, пружин, шайб, а также некоторых других деталей. Стоимость именно этой марки стали считается одной из самых низких среди именно углеродистых материалов. Но при этом ее характеристики, то есть прочность, гибкость и ударная вязкость, находятся на высоте. Кроме того, твердость самой стали также увеличилась. Все эти особенности углеродистого металла также сыграли свою решающую роль при выборе материала для создания ножей.
Сталь 65Г
Рессорная сталь 65Г - это конструкционная высокоуглеродистая сталь, которая поставляется в соответствии с ГОСТом 14959. Такая марка относится к группе рессорно-пружинных сталей. Двумя наиболее важными требованиями, предъявляющимися к такому виду стали, являются высокая поверхностная прочность, а также повышенная упругость. Для того чтобы добиться необходимой прочности, в состав металла добавляют до 1 % марганца. Кроме того, чтобы достичь всех требуемых показателей, необходимо провести надлежащую термическую обработку деталей, изготовленных из этой марки.
Широкое и эффективное использование данного вида стали обусловлено тем, что она принадлежит к классу экономнолегированных, то есть дешевых. Основными ингредиентами этого продукта стали такие компоненты, как:
- углерод, содержание которого составляет от 0,62 до 0,7 %;
- марганец, содержание которого не превышает от 0,9 до 1,2 %;
- содержание хрома и никеля в составе от 0,25 до 0,3 %.
Другие составляющие, которые входят в состав стали - сера, медь, фосфор и т. д. Это примеси, процентное содержание которых регламентируется государственным стандартом.
Термическая обработка
Существует несколько режимов термической обработки этого типа стали. Любой из них выбирается в соответствии с производственными требованиями, которые предъявляются к готовому продукту. Чаще всего используется два метода термической обработки, которые гарантируют получение необходимых свойств с химической и физической точки зрения. К этим способам относят нормализацию и закалку с последующим отпуском.
При проведении термической обработки необходимо правильно выбрать параметры температуры, а также времени, которое нужны для проведения операции. Чтобы верно выбрать эти характеристики, следует отталкиваться от того, какая марка стали используется. Так как материал марки 65Г принадлежит к доэвтектидному типу, то в составе этого продукта содержится аустенит, представленный в виде твердой механической смеси с небольшим количеством феррита. Аустенит является более твердым материалом с точки зрения структуры, чем феррит. Поэтому для проведения термической обработки стали 65Г, необходимо создавать более низкий интервал закалочных температур. Учитывая этот факт, подобные показатели для этого вида металла составляют от 800 до 830 градусов по Цельсию.
Режим закалки
Как закалить рессорную сталь? Необходимо создать нужный температурный режим, выбрать правильное время, а также верно рассчитать время и температуру отпуска. Для того чтобы придать стали все необходимые характеристики, которые задаются будущими техническими условиями эксплуатации детали, стоит провести нужную закалку. Для выбора подходящего режима проведения этой процедуры опираются на такие характеристики:
- Важным является не только способ закалки, но и оборудование, которое используется для нагрева стали.
- Подобрать необходимый температурный режим закалки.
- Подобрать подходящий временной промежуток для закалки стали.
- Выбрать нужную среду для проведений процесса закаливания.
- Также важно правильно подобрать технологию охлаждения детали после процесса закаливания.
Марки рессорной стали
Поставка стали для изготовления рессоры осуществляется в виде полос. После этого из нее нарезают заготовки, закаливают, отпускают и собирают в виде пакетов. Марки рессорно-пружинной стали, такие как 65, 70, 75, 80 и т. д., характеризуются тем, что их релаксационная стойкость мала, особенно этот недостаток заметен при нагреве детали. Данные марки стали не могут быть использованы для работы в среде, температура которой превышает 100 градусов по Цельсию.
Существуют дешевые кремнистые марки 55С2, 60C2, 70СЗА. Их используют для изготовления пружин или же рессор, толщина которых не будет превышать 18 мм.
К более качественным маркам стали можно отнести 50ХФА, 50ХГФА. Если сравнивать с кремнемарганцовыми и кремнистыми материалами, то при отпуске температура намного выше - около 520 градусов. Из-за такой процедуры обработки эти марки стали характеризуются высокой теплостойкостью, а также малой чувствительностью к надрезу.
Сталь, обладающая высоким пределом упругости (текучести).
Для получения высоких упругих характеристик рессорно-пружинные стали подвергают закалке с последующим среднетемпературным отпуском для получения в структуре троостита. Для достижения более высоких эксплуатационных характеристик используют стали, легированные кремнием, хромом и ванадием.
Характерным признаком рессорно-пружинных сталей является наличие в них углерода в количестве 0,5…0,8 %. По составу эти стали могут быть как углеродистыми, так и легированными. Рессорно-пружинные стали, прежде всего, должны обладать высоким пределом текучести, что обеспечивает высокие упругие свойства. Это достигается закалкой с последующим средним отпуском. Температура отпуска должна выбираться в пределах 350–500 °С (иногда, в зависимости от состава и назначения может доходить и до 600 °С). Кроме того, они должны обладать высоким пределом выносливости и достаточно высоким пределом прочности. А вот пластичность этих сталей должна быть пониженной (5–10 % по относительному удлинению и 20–35 % по относительному сужению). Это связано с тем, что в рессорах и пружинах не допускается пластическая деформация.
Углеродистые стали используются для изготовления пружин небольшого сечения, работающих при невысоких напряжениях. Закалка этих сталей проводится в масле. В таблице 1 приведены режимы термической обработки, механические свойства (минимальные) и предел выносливости (расчетный) для углеродистых сталей.
Чаще для изготовления рессор и пружин используются кремнистые стали с концентрацией кремния 2 % (50С2, 55С2 и 60С2). Кремний в таких сталях задерживает распад мартенсита при отпуске, что приводит к повышению предела текучести и, стало быть, к повышению упругих характеристик. Условный предел текучести (σ 0,2) этих сталей составляет 1100–1200 МПа, предел прочности – 1200…1300 МПа, относительное удлинение 6 %, относительное сужение 30–25 % и предел выносливости, рассчитанный по условному пределу текучести, составляет 42–44 МПа.
К недостаткам этих сталей следует отнести их склонность к обезуглероживанию и образованию поверхностных дефектов в процессе горячей обработки, приводящих к снижению предела выносливости. В целях предотвращения образования указанных дефектов, кремнистые стали дополнительно легируют хромом, марганцем, ванадием, никелем и вольфрамом.
Режимы термической обработки кремнистых рессорно-пружинных сталей приведены в таблице 2.
Стали марок 50С2, 55С2, 60С2 и 70С3А можно использовать для изготовления пружин и рессор диаметром или толщиной до 18 мм. Они проявляют стойкость к росту зерна при нагреве под закалку, но склонны к обезуглероживанию, приводящему к снижению предела выносливости.
Сталь 60С2ХА идет для изготовления крупных пружин ответственного назначения. При закалке в масле она прокаливается на глубину до 50 мм. Недостатком этой стали является ее склонность к обрыву в процессе волочения.
Стали марок 60С2Н2А и 60С2ХФА обладают более высокой прокаливаемостью (до 80 мм) и применяются для изготовления пружин особо ответственного назначения. При этом сталь 60С2Н2А обладает наилучшим сочетанием технологических и эксплуатационных свойств. Общий недостаток кремнистых рессорно-пружинных сталей заключается в их повышенной чувствительности к внешним поверхностным дефектам (царапины, риски, забоины), играющим роль концентраторов внутренних напряжений, вследствие чего снижается предел выносливости. Поэтому в настоящее время в практике широко применяются бескремнистые рессорно-пружинные стали.
При одной и той же концентрации углерода, что и у кремнистых сталей, кремний в них заменяется следующими возможными сочетаниями легирующих элементов: хром + марганец, хром + ванадий, хром + марганец + ванадий, хром + марганец + бор. Например, 50ХГ, 50ХФ, 50ХГФ, 55ХГР. Эти стали обладают повышенной вязкостью и менее чувствительны к надрезу. ля повышения эксплуатационных характеристик, особенно для пружин, работающих при длительных знакопеременных нагрузках, назначают обдувку поверхности пружин дробью. Возникающие при этом в поверхностном слое напряжения сжатия приводят к повышению предела выносливости.
Наиболее высокие механические и эксплуатационные характеристики можно получить в процессе холодной протяжки предварительно патентированной проволоки, диаметром до 2 мм из углеродистой стали, подвергавшейся высоким степеням обжатия (70–90 %).
Процесс патентирования проводится между протяжками. Он заключается в нагреве проволоки на 50–100 °С свыше точки Ас 3 с последующим охлаждением в ванне с расплавленным свинцом. Температура расплава должна составлять 450–550 °С. В результате такой термической обработки происходит изотермический распад аустенита с образованием тонкопластинчатого сорбита.
«И перекуют мечи свои на орала, и копья свои — на серпы; не поднимет народ на народ меча, и не будут более учиться воевать» (Ис. 2,4).
Характеристика материала сталь 65Г.
Химический состав в % материала сталь 65Г
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu |
| 0.62 — 0.7 | 0.17 — 0.37 | 0.9 — 1.2 | до 0.25 | до 0.035 | до 0.035 | до 0.25 | до 0.2 |
Температура критических точек материала сталь 65Г
| T | E 10 — 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м 3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 2.15 | 37 | 7850 | |||
| 100 | 2.13 | 11.8 | 36 | 7830 | 490 | |
| 200 | 2.07 | 12.6 | 35 | 7800 | 510 | |
| 300 | 2 | 13.2 | 34 | 525 | ||
| 400 | 1.8 | 13.6 | 32 | 7730 | 560 | |
| 500 | 1.7 | 14.1 | 31 | 575 | ||
| 600 | 1.54 | 14.6 | 30 | 590 | ||
| 700 | 1.36 | 14.5 | 29 | 625 | ||
| 800 | 1.28 | 11.8 | 28 | 705 | ||
| T | E 10 — 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
Технологические свойства материала сталь 65Г
Зарубежные аналоги материала сталь 65Г Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.
| 66Mn4 |
| Ck67 |
| 080A67 |
| 65Mn |
Очень часто возникает вопрос, из какого материала выполнены клинки мастерской «Зброевы фальварак»
. На данный момент у нас имеется две галереи, в которых хранятся образцы нашего клинкового оружия, выполненные из высокоуглеродистой стали:
Какая же сталь, используется при изготовлении мечей? — В нашем случае — это сталь 65г . Данная сталь является разновидностью пружинно-рессорной стали, из нее производят: рессоры, пружины, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости. Заменителями данной стали выступают: сталь 70, сталь У8А, сталь 70Г, сталь 60С2А, сталь 9Хс, 50ХФА, сталь 60С2, сталь 55С2.
Основным лигирующим элементом данной стали является марганец
, он содержится в количестве 0.90-1.20 %. Марганец в стали 65г предназначен:
Во-первых
, для устранения окислов железа, которые образуются при производстве литой стали — обыкновенно вводят в жидкий металл некоторое количество марганца, в виде зеркального чугуна или ферромангана. Часть марганца зеркального чугуна раскисляет окислы и переходит в шлак, часть же остается в стали в виде соединения с железом или просто как механическая примесь.
Во-вторых
марганец увеличивает твердость, повышает предел упругости и сопротивление разрыву, а кроме того уплотняет сталь, что для пружинно-рессорной стали имеет важное значение. Данные свойства имеют такое же значение для лезвия меча.
Кроме марганца, в стале 65г в значительном количестве содержиться: кремний
(0.17-0.37 %) и хром
(не более 0.25 %) Кремний значительно повышает упругие свойства стали, но несколько снижает ударную вязкость. Хром в свою очередь, затрудняет рост зерна при нагреве, повышает механические свойства стали при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание. При значительных количествах хрома сталь становится нержавеющей и жаростойкой. Так же в данной стали присутствуют и вредные вещества, такие как форфор и сера, данные примеси, отрицательно сказываются на качестве сталей, но в современном мире при производстве металла данные примеси стали постоянным сопутствующим элементом всех металлов. Благо, сталь 65г, содержит много марганца, который в значительной степени устраняет серу и форфор из стали.
Конечно данная сталь не идеальна для меча, однако сталь 65Г, это сталь с повышенной прочностью, вязкостью и сопротивляемостью изнашиванию (при относительной дешевизне). Что и требуется для турнирного (ТУРНИРНОГО) оружия.
А булатом и дамаском во все времена на турнирах не пользовались.
Хочется отметить что износостойкость, вязкость и прочность, это тот особый комплекс условий которые нужны для хорошего клинка. В ходе дискуссий о лучших сталях для клинков – высказываются мнения о других вариантах (как правило для ножей). Указываются различные стали с прекрасными свойствами.
Все стали, требуют правильной термической обработки , так зачастую более качественные стали не подходят для турнирного оружия из-за сложных требований термической обработки. Клинки из не правильно закалённой стали ломаются и крошатся. В то время, как процесс обработки стали 65г , отработан на многих производствах и досконально изучен термистами.
Именно поэтому, мастерская “Зброевы фальварак” производит свои мечи из стали 65г, единственным отрицательным свойством которым обладает сталь 65г, является подверженность коррозии. Однако, это свойство исторично и является прямым отличием от современных порошковых имитаций оружия и нержавеющих ножевых сталей.
Какие материалы могут быть использованы для производства клинков:
Хочется отметить: чем меньше клинок, тем больше возможностей для вариаций марок стали, так как на малом клинке, различные технологические недостатки могут не иметь значения в отличии от меча.
Например нож из ШХ15
, будет резать и рубить, но меч или длинный нож, может просто напросто “лопнуть”, сломаться из-за хрупкости данной стали.
И так, сталь ШХ-15 (подшипниковая сталь)
применима для клинков, однако требует очень качественной термической обработки, при нагрузках на изгибание может лопнуть, что особенно характерно для мечей из такой стали. Там где 65г погнется и выпрямится, шх-15 может сломаться. Кроме того, данная сталь является редкой и сложно технологичной.
ШХ-15, пример от мастера-кузнеца с форума ostmetal.info: Сделал еще три клинка из ШХ15, поэкспериментировал еще с просто полосами — недоволен слишком, на мой взгляд, большой хрупкостью. Если на клинке из 65Г я могу повиснуть (а вешу я 82 кг) и еще ногами поболтать, при этом не остается никакой остаточной деформации, то полосу из ШХ15 толщиной 3мм можно в тисках сломать руками. Причем, прогибается ну только-только гадусов на 20-30.
Сталь Р6М5
является неплохой сталью, например для ножа. Однако требует высокого качества термической обработки.
Сталь Р6М5, пример от мастера-кузнеца с форума ostmetal.info: Р6М5 — очень даже неплохая сталь но её нужно грамотно отпустить и потом также грамотно закалить, главное не перекалить — будет хрупкая А также грамотно нагреть и грамотно отковать.
Сталь Р6М5, пример от мастера-кузнеца с форума Ганза: Р6М5 со своими задачами справляются великолепно, но по твердой древесине заворачиваются. Ржавеют умеренно. Третий вариант ножа из стали Р6М5, решил сделать как есть. Т.е. кузнец отковал и отдал, я с ним ничего не делал, только обточил. Результат — он с трудом точится на брусках, хорошо на алмазе. С лимонными косточками справляется, но не так хорошо. Но вот заточку держит не так долго. По твердому дереву тоже хорош. Банки вскрывает. РК чуть-чуть подседает. Так вроде бы по ощущениям — нож близок к идеалу для туристических и охотничьих целей. Наверное, недостаток — остаточный аустенит, т.к. кузнец ест-но не проводил трехкратный отпуск.
95х13, 95Х18, 110х18
(нержавейки) — довольно капризна при термообработке и не все производители умеют это качественно делать. 95Х18Ш
была наиболее популярной сталью для производства ножей высокого класса в середине 90-х годов. Однако со временем выявился недостаток – лезвие практически не подлежит заточке… Сталь 110Х18 МШД
имеет большее содержание углерода, больше износостойких по концентрации добавок (типа молибдена и кремния), можно произвести закалку до большей твердости, чем 95Х18Ш… и она лучше точиться, чем 95Х18Ш.
65Х13
– прекрасна для ножей, требует правильной термической обработки.
Х12, Х12М, Х12МФ, Х12Ф1
— доступные стали, не сильно подверженные коррозии, т.е. не ржавеющие при минимальном уходе за клинком. Очень хороши штамповые, а если их еще термоциклировать то выходят очень хорошие клинки. Однако ковать их трудно, особенно вручную, куется в относительно узком диапазоне, склонны к образованию трещин при ковке, при перегреве выше 950 ‘C может запросто рассыпаться под ударами…
У8, У10,У12
– при правильной обработки получаются неплохие ножи.
9ХС
— хорошо куется и многое прощает в обработке, ржавеет.
Сталь 65г, для изготовления ножей
Отзывы1, охотники: марка 65Г — углеродистая сталь. Всё хорошо: заточку держит, но ржавеет
Отзывы 2, охотники: у меня был нож 65Г самоделка 57 единиц не хрупкий и заточку держал. Хрупкость от неправильной термички.
Из стали 65г, изготавливают ножи
такие личности как: мастер-ножевик Титов
, мастер-ножевик Иннокентий Татаринов
, предприятия производители ножей: ООО ПП «Кизляр»
, так со слов директора ООО ПП «Кизляр» Евгения Владимировича Орлова: Наше предприятие принято в Ассоциацию народных художественных промыслов России. А с 1996 года оно предлагает покупателю современное украшение: авторское оружие, выполненное лучшими российским мастерами на высочайшем художественном уровне. Взять, к примеру, клинки изделий. Они изготавливаются сегодня из коррозионно-стойких и высоколегированных сталей (65X13, 95X18, 110Х18МШ9 и 65Г). Так же, среди производителей ножей из стали 65г, можно отметить НОКС-Импекс
. Ко-всему, можно добавить и нашу мастерскую. Так как именно из стали 65г, мы делаем наши кинжалы, ножи .
Исходя из вышеперечисленных доводов, наша мастерская считает оправданным и верным изготовление мечей, сабель, шпаг, кинжалов из стали 65г, для целей исторической реконструкции. Отработанная технология производства меча, правильно подобранная сталь, являются залогом его длительного и приятного использования…
Сталь 65г может поставляться на рынок в следующих вариантах.
Сталь в виде листа:
Сталь 65г от 0.5 мм. до 2 мм. — холоднокатаная , сталь 65г от 3 мм. и более — лист горячекатаный .
| 1 | 3х1250х2500 | |
| 2 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 4х1500х6000 |
| 3 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 5х1500х6000 |
| 4 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 6х1500х6000 — ZF |
| 5 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 8х1500х6000 |
| 6 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 10х1500х6000 |
| 7 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 12х1500х6000 |
| 8 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 14х1500х6000 |
| 9 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 16х1500х6000 |
| 10 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 20х1500х6000 |
| 11 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 25х1500х6000 |
| 12 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 30х1500х6000 |
| 13 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 40х1500х6000 |
| 14 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 50х1500х6000 |
| 15 | Лист конструкционный г/к Ст65Г | 60х1500х6000 |
Другим распространенным видам продукции компаний торгующих металлом 65г, является — круг . ГОСТ 14959-79; ДСТУ 4738:007 (ГОСТ 2590-2006).
| Наименование | Марка стали | Размер, мм | ||||
| Круг | 65Г | 10 | ||||
| Круг | 65Г | 12 | ||||
| Круг | 65Г | 14 | ||||
| Круг | 65Г | 16 | ||||
| Круг | 65Г | 18 | ||||
| Круг | 65Г | 20 | ||||
| Круг | 65Г | 22 | ||||
| Круг | 65Г | 24 | ||||
| Круг | 65Г | 26 | ||||
| Круг | 65Г | 28 | ||||
| Круг | 65Г | 30 | ||||
| Круг | 65Г | 32 | ||||
| Круг | 65Г | 34 | ||||
| Круг | 65Г | 36 | ||||
| Круг | 65Г | 38 | ||||
| Круг | 65Г | 40 | ||||
| Круг | 65Г | 42 | ||||
| Круг | 65Г | 44 | ||||
| Круг | 65Г | 46 | ||||
| Круг | 65Г | 48 | ||||
| Круг | 65Г | 50 | ||||
| Круг | 65Г | 52 | ||||
| Круг | 65Г | 54 | ||||
| Круг | 65Г | 56 | ||||
| Круг | 65Г | 58 | ||||
| Круг | 65Г | 60 | ||||
| Круг | 65Г | 62 | ||||
| Круг | 65Г | 64 | ||||
| Круг | 65Г | 65 | ||||
| Круг | 65Г | 70 |
Проволока 65г сталь, с данной проволокой успел поработать и я, когда изготавливал свою . Ее тяжело закручивать, резать и работать. Однако сделав изделия с подобной проволоки вы получите все преимущества того, что значит пружин-рессорный металл.
Механические свойства пружинной проволоки:
| Диаметр проволоки 65г сталь, мм | Временное сопротивление разрыву, Н/мм2 (кгс/мм2) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Класс проволоки | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | ||||||
| Проволока 65г — 0.50 | 265-300 | 220-265 | 170-220 | |||||
| Проволока 65г — 0.60 | 265-300 | 220-265 | 170-220 | |||||
| Проволока 65г — 0.63 | 260-295 | 220-260 | 170-220 | |||||
| Проволока 65г — 0.70 | 260-295 | 220-260 | 170-220 | |||||
| Проволока 65г — 0.80 | 260-295 | 215-260 | 170-215 | |||||
| Проволока 65г — 0.90 | 255-285 | 215-255 | 165-205 | |||||
| Проволока 65г — 1.0 | 250-280 | 210-250 | 160-210 | |||||
| Проволока 65г — 1.2 | 240-270 | 200-240 | 155-200 | |||||
| Проволока 65г — 1.4 | 230-260 | 195-230 | 150-195 | |||||
| Проволока 65г — 1.6 | 220-250 | 190-220 | 145-190 | |||||
| Проволока 65г — 2.2 | 195-220 | 170-195 | 135-170 | |||||
| Проволока 65г — 2.5 | 185-210 | 165-190 | 130-165 | |||||
| Проволока 65г — 2.8 | 180-205 | 165-190 | 130-165 | |||||
| Проволока 65г — 3.0 | 175-200 | 165-190 | 130-165 | |||||
| Проволока 65г — 3.6 | 170-195 | 180-155 | 125-155 | |||||
| Проволока 65г — 4.0 | 165-190 | 150-175 | 120-150 | |||||
| Проволока 65г — 8.0 | — | 125-145 | 105-125 | |||||
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.
