Способ изготовления пружин из легированных сталей

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИН . ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, преимущественно с остаточным или метастабильным аустенитом с содержанием углерода 0,02-0,70%, включающий формообразование заготовки пружины с прогибом, превышающим прогиб готовой пружины, ее закалку, отпуск и осадку с остаточной пластической деформацией 0,3-0,7%, отличающийся тем, что, с целью повышения Уровня допускае1чых напряжений пружин, осещку производят при температуре от минус до минус с последующей выдержкой при этих температурах в заневоленном состоянии в течение , 1-6ч.- « (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИК (19) (11) 3t5D

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

OllHGAHHE ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3344704/22-02 (22) 06 ° 10 ° 81 (46) 30.04.83. Бюл Р 16 (72) В.В. Ворошилин, Н.Г. Кабинетская, Е.А ° Караштин и Б.Н. Крюков (53) 621 ° 785.79(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1) 257430, кл. С 21 D 9/02, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 339587, кл. С 21 D 1/78, 1972.

3. Рахштадт A.Ã., Супов A.Â. Технология термической обработки пружин и других упругих элементов. N)., "Машиностроение", 1972, с. 21.

4. Авторское свидетельство СССР

М 621761, кл. С 21 Р 9/02, 1978. (54) (57) CaOCOS H3rегоamH)1)r НРу))(ИН

ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, преимущественно с остаточным или метастабильным аустенитом с содержанием углерода

0,02-0,70%, включающий формообразование заготовки пружины с прогибом, превышающим прогиб готовой пружины, ее закалку, отпуск и осадку с остаточной пластической деформацией

0,3-0,7%, отличающийся тем,.что, с целью повыаения уровня допускаемых напряжений пружин, осадку производят при температурах от минус 70 С до минус 253 С с последующей выдержкой при этих температурах в заневоленном состоянии в течение

1-6ч. Ж

1014936

Эффект упрочнения достигается тем, что дополнительная мартенситная фаза, образующаяся в результате принудительного превращения остаточного или местабильного аустенита, формируется по тем же саьым областям скольжения и в том же направлении, по которым после окончательного изготовления . пружин при их нагружении в условиях нормальных температур могла бы происходить их релаксация. T. е. при

Изобретение относится к технологии изготовления пружин, преимущественно нэ легированных сталей с остаточным нли с метастабильным аустенитом с содержанием углерода 0,02-0,7%,и может быть использовано с целью ловышения уровня их максимальных допускаемых напряжений.

° Известен способ изготовления пружин из легированных сталей, включающий навивку пружин с шагом, превышающим шаг готовой пружины, ее закалку на мартенсит с последующим низким отпуском, осадку с остаточной пластической деформацией в холодном состоянии и старение (заключительный 15 отпуск) при 100-40(PC $ 1).

Однако этот способ не исчерпывает воэможности максимального упрочнения пружин из материалов переходного класса (мартенситно-аустенитной структурой с остаточным аустенитом) или же с метастабильным аустенитом, так как производимая по существу при комнатной температуре осадка недостаточна для инициироваиия процес- 75 сов образования дополнительных количеств прочной мартенситной фазы.

Это не позволяет обеспечить высокий уровень допускаемых напряжений винтовых пружин из этих материалов

30 (Р 980-1180 МПа (100-120 кгс/мм

Известен способ механико-термической обработки пружинной стали, включающий закалку, ниэкотемпературный отпуск, деформирование в упругопластической зоне при температурах, не превышающих температуры ниэкотемпературного отпуска, и последующий отпуск в упругонапряженном состоянии (21. .Однако этот способ применительно 40 .к конструкциям пружин из легированных сталей с остаточным или метастабильным аустенитом также неэффективен вследствие вялости процессов дополнительного мартенситного превра- 45 щения, поскольку деформирование в упругопластической зоне при этом

° производят в диапазоне температур от нормальных до 250 С.

Известен способ изготовления пружин, включающий формообразование (навивку, штамповку, гибку), закалку (или без нее в .случае использования нагартованного полуфабриката), обработку холодом (обычно -70 С) бЕз внесения ориентированных пластических деформаций, отпуск (старение), осадку с получением остаточных пластических деформаций 0,5-2,5% при комнатной температуре или же окончатель-, 60 ное старение под напряжением в интервале температур 350-550 С 3).

Однако способ не позволяет выйти на высокий уровень допускаемых нап-. ряжений для пружин. Это связано с 65 тем, что этот способ не обеспечивае

I максимальный перевод остаточного или метастабильного аустенита в мартенснт при оптимальном распределении частиц упрочняющей фазы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления пружин из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,5-0,7%,. включающий навивку пружин с,шагом, превышающим шаг готовой пружины, ее закалку, отпуск и осадку с пластической деформацией сдвига 0,1-0,3% при 200-400 С t 4).

Укаэанный способ также неэффективен для оптимального упрочнения пружин в случае использования в качестве пружинных материалов широкого класса легированных сталей, включая стали мартенситно.-аустенитного класса с

0,2-0,7% углерода переходного класса (например, нержавеющие стали с метастабильным аустенитом, содержащие

0,08-0,15% С);, а также мартенситностареющие стали с остаточным аустенитом, содержащие 0,2-0,03% С. Общим недостатком перечисленных способов упрочнения: пружин при изготовлении их из легированных сталей, содержа- щих остаточный или метастабильный аустенит, является то, что они не создают условий для конструирования пружин с достаточно высоким уровнем допускаемых напряжений (в частности, для винтовых пружин с Г ъ 1180

1320 ИПа (120-135 кгс/ми ), необходймым для надежной их работы в условиях ударно-динамического нагружения. цель изобретения — повышение уровня допускаемых напряжений пружин, Поставленная цель достигается согласно способу изготовления пружин из легированных сталей, преимущественно с остаточным или метастабипьным аустенитом с содержанием углерода

0,02-0,70%,включающему формообразование заготовки пружины с прогибом, превышающим прогиб готовой пружиной, ее закалку, отпуск и осадку с остаточной пластической деформацией 0,30,7%, осадку производят при темпеРатурах от минус 70 С до мйнус 253 С с последующей выдержкой при этих температурах в заневоленном состоянии в течение 1-6 ч.

1014936

:таком процессе имеет место оптим. ль- ном состоянии в течение 2 ч до полу ное ориентированное распределение чения остаточкой деформации сдвига частиц упрочняющей мартенситной фазы, $ = 0,3-0,5%.-Это позволяет полу- . ведущее к блокировке преимущественных чить конструкцию пружин с величиной плоскостей скольжения-. Предпочтитель- максимальных упругих напряжений но также, чтобы распределение упроч- Г = 1230-1470 МПа (125-150 кгс/мм,) няющнх частиц располагалось в систе- по сравнению с величиной Г= 882е полезных остаточных напряжений, 1180 МПа (90-116 кгс/мм ), достигаей овышающих несущую способность пру- мый по известному способу. ин и возникающих по рабочему сечению Пример 2. Заготовка тарельпри величинах остаточных пластических 0 чатой пружины из легированной стали деформаций (сдвига, растяжения) .. 50Н6МФА, содержащей остаточный аус0,3-07%. Осадка и последующая выдерж= тенит, штампуется с прогибом, превыка в напряженном Состоянии при крио- шающим прогиб готовой пружины и соогенных температурах обеспечивает . тветствующий уровню начальных напрянеобходимую полноту протекания допол-15 женнй Go = 1960-2360 МПа .(2002. нигельных мартенситных превращений и 240 кгс/мм ), затем производится их стабилизацию геометрических размеров закалка от 820 С, отпуск при 300 С и пружин. Осадка пружин при температу- осадка в криостате при минус 1960С рах выше минус 70 С неэффективна, (жидкий азот) с выдержкой в заневотак как не обеспечивает максимально 2П ленном -состоянии при этой температувозможного перевода в мартенсит аус- ре в течение 1 ч до получения остатенитных составляющих, особенно в .точной пластической деформации рассплавах c,ìåòàñòàáÿëüíûû аустенитом. тяжения в верхней кромке E.„ 0,3Осадка пружин при температурах . 0,4%. Это позволяет получить конст- ниже минус 253 С дополнительного эф- 25 рукцию тарельчатых пружин с величифекта по приросту упругих свойств .: :,ной максимальных упругих напряжений практически не дает и применять ее б = 1860-2060 МПа (190-210 кгс/ми ) нецелесообразно вследствие техничес- по сравнению с величиной (= 1470- . ких трудностей работы с легкоиспаряю- 1760 МПа (150-180 кгс/мм)), достигащимся хладагентом (жидким гелием) °,3О емой по известному способу.

Чем больше количество остаточного Таким образом, предлагаемая схема аустенита в стали, и чем он стабиль- изготовления пружин может быть успеынее, тем ниже должна быть температу но реализована на всевозможных конра, при которой производится осадка . струкциях пружин из легированных ста и эаневоливание пружин. Температуру " 35 лей с остаточным или местабильным минус 700С следует применять для ста- аустенитом и позволяет в 1,3-1.,4 Ралей с малым содержанием остаточногс . за поднять уровень их максимальных аустенита. допускаемых напряжений., Весьма низкие температуры (минус Вследствие достаточной высокой 196 С и минус 253 С) следует приме- релаксационной стойкости, обеспечива нять при изготовлении пружин иэ ста- 40 емой данным техпроцессом,. конструклей с метастабильным или достаточно ции пружин с таким уровнем допускаустойчивым аустенитом. емых напряжений могут быть успешно

Выдержка в заневоленном состоянии использованы для эксплуатации в усв течение времени, меньше 1 ч, ие ловиях ударнсь- динамического нагрустабилизирует геомЕтрических разме- 45 жения. ров пружин, выдержка при времени, : Технико-экономическая эффективбольшем 6 ч,не дает дополнительного ность способа определяется уменьшеэффекта повыаения релаксационной нием массы пружин при проектировастойкости. нии их с более высоким уровнем доПример 1 ° Заготовка пружины 5р пускаемых напряжений. иэ проволоки легированной стали мар- Например, при среднегодовом тенситного класса 30 ° 13 ° (3.13), со- объеме выпуска, винтовых пружин из держащей остаточный аустенит, нави- метастабильной нержавеющей стали вается с .прогибом и соответственно 12-18 Н 10 Т до 10 тыс. штук применес шагом, превышающим шаг готовой 55 ние способа приведет к экономичеспружины и соответствующим уровню на- кому эффекту порядка 1360 руб. чальных -напряжений С;, = 1470-1765 МПа Помимо снижения массы пружин и (150-180 кгс/мм ). Затем производится экономии пружинного полуфабриката ее закалка от 1050 С, отпуск при иэ специальных сталей при изготовле

300 С и осадка в криостате при минус нии прУжин по предлагаемому способу

70 С (например, в смеси сухого льда ожидается повышение технических со спиртом) с выдержкой в заневолеи- данных изделий.

ВНИИПИ Заказ 3137/23 Тираж 568 Подписное

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород,ул.Проектная,4