Дело в том, что долговечность и работоспособность пружин зависят не только от внешних факторов, но и от молекулярной структуры металла, его способности выдерживать цикличные нагрузки в определённых условиях и от усталостной прочности, которая определяет срок службы изделия. В агрессивных средах пружинные элементы подвержены воздействию коррозии. Коррозионная стойкость стали – тоже важный показатель, который определяет, сколько времени металл будет сопротивляться разрушению под влиянием внешних факторов. Учитывая все нюансы, сталь для пружин выбирается по целому ряду критериев: в частности по марке, способу закалки, а также по методу навивки пружинного элемента.
Основные требования к пружинным сталям
Особенности эксплуатации пружинных элементов определяют вполне конкретные требования к свойствам стали, из которой они изготавливаются:
- Высокое сопротивление малой пластической деформации. Этот показатель называется пределом упругости металла, то есть способностью восстанавливать первоначальную форму после сжатия. На практике наблюдается остаточная деформации 0,03…0,005 %, то есть пружина распрямляется не до конца.
- Сопротивление цикличным нагрузкам. Циклы сжатия и возврата пружины в первоначальное состояние не должны разрушать металл.
- Устойчивость металла к технологическим операциям в процессе изготовления пружин. Например, сталь должна выдерживать процедуры термической обработки и отпуска, при которых предполагается воздействие высоких и низких температур. Кроме того, в производстве пружин металл подвергается гибке, штамповке, прокату и другим операциям, что является серьёзным испытанием металла на прочность.
- Специальные свойства. Пружины, которые изготавливают для работы в сложных условиях и в агрессивных средах, требуют выбора стали с особыми характеристиками: например, с немагнитностью или стойкостью к сверхвысоким температурам (200 °С и выше).
- Релаксационная стойкость. Способность стали сохранять напряжение в условиях постоянных деформаций можно повысить с помощью процедуры отпуска при температуре +350…+500 °С и последующего быстрого охлаждения.
Чтобы определить, какую сталь выбрать для пружин, нужно просчитать нагрузку и основные параметры пружины. Для этого можно воспользоваться положениями ГОСТ 14959-2016, который определяет технические требования к твёрдости, качеству поверхности, структурному составу, механической прочности и другим свойствам металла. Согласно стандарту, для производства пружин используются низколегированные марки (например, сталь 65Г) и специальные с повышенным содержанием марганца и углерода, легированные хромом, кремнием, ванадием (например, сталь 60С2А, 51ХФА). В агрессивных средах используют марки с высокой коррозионной стойкостью, например нержавеющую сталь 12Х18Н10Т.
Сравнительная таблица характеристик
Чтобы понимать, из какой стали делают пружины для разных задач и условий эксплуатации, приведём таблицу сравнительных характеристик.
Таблица 1. Сравнительная характеристика марок пружинно-рессорной стали
| Стали | Марка | Предел текучести,
Мпа |
Твёрдость по Бринелю, не более | Предел прочности, кгс/мм2 | Термическая обработка | |
| Тзакалка | Тотпуск | |||||
| Углеродистые | Сталь 65
70 75 85 |
785
835 885 980 |
255 | 100
105 110 115 |
840 (масло)
|
470 |
| Марганцовистые | 60Г
65Г |
785
785 |
269 | 100 | 830 (масло) | 470 |
| Кремнистые | 60С2
60С2А; 70С3А |
1175
1270 1470 |
302 | 130
160 180 |
870 (масло) | 470 |
| Легированные | 50ХФА
60С2ХФА |
1270
1540 |
321 | 130
170 |
850 (масло) | 470 |
Таблица показывает, что легирование стали разными химическими элементами позволяет изменить свойства металла: усилить его, повысить твёрдость, предел прочности, устойчивость к агрессивным факторам и износу. Производители выбирают материал для изготовления пружинных элементов в соответствии с нормами ГОСТ и на основе практического опыта, что вдвойне ценно, так как условия эксплуатации всегда отличаются от эталонных.
Как не ошибиться при заказе пружин?
Ошибки при выборе марки стали для пружин могут стоить очень дорого, поэтому необходимо учитывать все параметры:
- размер и вид пружинного элемента;
- объём и тип нагрузки;
- условия эксплуатации;
- свойства стали и способ обработки.
Для правильного выбора стали необходим грамотный инженерный расчёт и анализ условий эксплуатации: например, при какой рабочей температуре будет работать пружина и какие силы будут на неё воздействовать. Если вы не знаете, как выбрать пружинный элемент в соответствии с нагрузкой, обратитесь к профессионалам. Технологи завода Wollter помогут рассчитать все параметры пружины и подобрать для её изготовления подходящую сталь. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить все детали сотрудничества и заказать инженерный расчёт уже сегодня. Мы рекомендуем только проверенные практикой материалы – изготовленные из них пружинные механизмы будут работать долго, качественно выполняя свою функцию.