Хромомарганцевые пружинные стали » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Хромомарганцевые пружинные стали

10.06.2021

Хромомарганцевая сталь отличается от кремнистой лучшими технологическими свойствами при почти такой же стоимости.

В литературе сообщается о благоприятном действии добавок хрома и марганца на механические свойства стали. Повышение содержания марганца в среднеуглеродистой стали, легированной хромом, приводит к увеличению ее прочностных свойств при относительно небольшом изменении пластичности. При условии получения мелкозернистого строения хромомарганцевая сталь не проявляет более заметного охрупчивания по сравнению с хромистой. Правда, на поперечных образцах ударная вязкость оказывается существенно ниже. При использовании хромомарганцевой стали надо считаться с ее склонностью к необратимой отпускной хрупкости. Однако высокие прочностные свойства хромомарганцевых сталей, включая сопротивление малым пластическим деформациям благодаря присутствию марганца при глубокой прокаливаемости (рис. 70) обеспечивают их широкое применение для пружин. В ГОСТ 14959—69 указана сталь марки 50ХГ состава: 0,46—0,54% С; 0,17—0,37% Si; 0,7—1,0% Mn; 0,9—1,2% Cr и сталь 50ХГА, отличающаяся более узкими пределами содержания углерода, марганца и хрома и меньшим содержанием вредных примесей.


Хромомарганцевые стали используют и в других странах. К указанной выше хромомарганцевой стали 50ХГ близки и стали типа 5152 и 5160 по SAE (или Al SI) с 0,5% С и 0,7—1,0% Mn или 0,7—1,0% Mn и 0,9—1,2% Cr соответственно, а также французская сталь 45С4 (0,42—0,48% С; 0,6—0,9% Mn и 0,7—1,0% Cr).
Согласно ГОСТу сталь 50ХГ после закалки с 840° С и отпуска при 440° С должна иметь следующие свойства: ов больше 1275 Мн/м2 (130 кГ/мм2); от больше 1080 Мн/м2 (110 кГ/мм2); b5 больше 7% и w больше 35%. Сталь 50ХГА благодаря более высокому металлургическому качеству и повышенным нижним пределам содержания марганца и хрома обладает после указанной термической обработки повышенным пределом текучести [от больше 1177 Мн/м2 (120 кГ/мм2)]. Эти свойства более высокие, чем у стали 50С2 и близки к гарантируемым ГОСТом для стали 55С2 [ов больше 1275 Мн/м2 (больше 130 кГ/мм2)]; от больше 1177 Мн/м2 (больше 120 кГ/мм2) b5 больше 6%; w больше 30%], получаемым после закалки и отпуска при более низкой температуре 460° С. Свойства стали 50ХГ с повышенным содержанием углерода (0,55%) после закалки с 830° С в масле и отпуска представлены на рис. 71. Сравнение свойств этой стали со свойствами хромистой типа 50Х, а также кремнемарганцевой и кремнистой (см. выше) показывает, что марганец, несомненно, является одним из наиболее эффективных легирующих элементов в пружинной стали. Введение марганца особенно заметно повышает предел упругости вследствие измельчения субструктуры. После отпуска при одинаковых температурах сталь 50ХГ имеет предел упругости на 200—250 Мн/м2 (20—25 кГ/мм2) выше, чем сталь 50Х. Кроме того, сталь 50ХГ обладает значительно большей прокаливаемостью.

Предел упругости стали 50ХГ (0,57% С) после термической обработки, рекомендуемой ГОСТом (закалка при 840° С и отпуск при 440° С), также выше [о0,01 = 981 Мн/м2 (100 кГ/мм2)], чем кремнистой стали 55С2 с тем же содержанием углерода [о0,01 = 853 Мн/м2 (87 кГ/мм2)]. Эти значения предела упругости достигаются на стали 50ХГ при почти равной твердости (42—43 HRC), как и у стали 55С2.

Предел выносливости при изгибе, по данным В.Н. Константинова, составляет: 628 Мн/м2 (64 кГ/мм2) (полированные образцы) для стали 50ХГ [при ов = 1284 Мн/м2 (131 кГ/мм2)], для стали 55С2 [при ов = 1275 Мн/м2 (130 кГ/мм2)] он ниже: 490 Мн/м2 (50 кГ/мм2) (образцы после зачистки наждачной бумагой). Эти величины предела выносливости не являются предельными. Они существенно возрастают при повышении температуры закалки стали 50ХГ до 890° С, а стали 55С2—66С2 до 950° С (Д.И. Брон). Указанное выше различие в значениях предела выносливости нельзя объяснить разным химическим составом обеих сталей, поскольку состояние поверхности образцов было не вполне одинаковым. По данным, усталостная прочность пружинных сталей практически не зависит от их химического состава.

Изотермическая закалка стали 50ХГ не дает существенных преимуществ по сравнению с двойной термической обработкой. Так, при равной прочности [ов = 1668 Мн/м2 (170 кГ/мм2)] сталь 50ХГ после изотермической закалки при температуре нагрева 830° С и выдержки при 330° С и после закалки с отпуском при 425° С обладает одинаковыми значениями пределов текучести и пропорциональности, но заметно более высокой пластичностью. Эти результаты подтверждаются и в работе И.В. Труш, в которой сопоставлялись свойства стали 50ХГ, обработанной на твердость, принятую для рессорных листов автомобиля, после изотермической закалки с выдержкой при 360° С, 10 мин и дополнительного отпуска при 500° С. Этот дополнительный отпуск заметно повысил число циклов до разрушения — с 220 000 до 380 000. Если после изотермической закалки с выдержкой при 380° С произвести отпуск при той же температуре, то удается несколько повысить пределы текучести и пропорциональности.
Хромомарганцевые пружинные стали

Из приведенных данных следует, что хромомарганцевая сталь типа 50ХГ превосходит кремнистую 55С2 по величине предела упругости и во всяком случае не уступает последней по пределу выносливости. Кроме того, сталь типа 50ХГ обладает и значительно лучшими технологическими свойствами: более высокой прокаливаемостью и меньшей склонностью к обезуглероживанию. Эти качества стали 50ХГ обеспечивают ей значительное применение в промышленности.

Однако, как показано в работе, применение BTMO как метода значительного повышения прочностных свойств в условиях статического и циклического нагружения, оказалось менее эффективным для стали 50ХГ, чем для стали 55С2. Это является недостатком стали 50XГ.

Наиболее широко сталь 50ХГ используется для изготовления рессор грузовых и легковых автомобилей не только в нашей стране, но и за рубежом. Температура закалки этих упругих элементов находится в пределах 830—850° С (температура печи 850—870° С). Продолжительность нагрева зависит от типа нагревательных печей и садки рессорных листов и обычно составляет 20—22 мин (выдержка 5—6 мин). После нагрева рессорные листы передаются в закалочно-гибочный барабан для придания необходимой конфигурации; охлаждение ведется в веретенном масле. Рессорные листы в штампах этого барабана для уменьшения деформации следует выдерживать до тех пор, пока их температура не будет ниже мартенситной точки (т. е. ниже 250° С). Температура в печи при отпуске рессор составляет 550—580 (для грузовых автомобилей) или 520—550° С (для легковых автомобилей), продолжительность нагрева 50—55 мин (время выдержки 15—18 мин). Твердость после отпуска — в пределах 363—415 HB, что соответствует пределу прочности 1372—1177 Мн/м2 (140—120 кГ/мм2). Учитывая присутствие в стали хрома и марганца, изделия после нагрева до температуры отпуска следует быстро охлаждать в воде (или для уменьшения коробления в масле) во избежание появления обратимой отпускной хрупкости. Для ряда изделий, в частности для рессор, ускоренное охлаждение после отпуска желательно еще и потому, что при этом в поверхностных слоях возникают полезные сжимающие остаточные напряжения.

В литературе указывается путь дальнейшего повышения свойств хромомарганцевой рессорно-пружинной стали, основанный на дополнительном ее легировании кремнием. Однако соотношение между легирующими элементами должно быть выбрано таким образом, чтобы после закалки не получилось значительных количеств остаточного аустенита. Примером такой стали может служить итальянская сталь 52SC5 (0,48—0,58% С; 0,6—0,9% Mn; 0,8—1,2% Cr; 1,2—1,5% Si).

Еще более перспективный путь — это введение в стали типа хромомарганцевокремнистых небольших добавок ванадия. Как показано в работе А.В. Семичастной, сталь 55ХГСФ (ЭП464) состава 0,54—0,60% С; 0,50—0,85% Si; 0,50—0,85% Mn; 0,60—0,90% Cr; 0,10—0,20% V характеризуется весьма мелкозернистым строением (8—9 балл) при незначительном обезуглероживании. После закалки при 870° С с охлаждением в масле и отпуска при 380° С на твердость 50—51 HRC сталь ЭП464 имеет следующие свойства: ов = 1910-1960 Мн/м2 (195/200 кГ/мм2), от = 1760—1820 Мн/м2 (180—185 кГ/мм2), опц = 1670 Мн/м2 (170 кГ/мм2); w = 20%; S = 44-5%; ан = 18,6/24,5 кдж/м2 (2,0/2,5 кГ*м/см2). Как показано в работе, присутствие в стали ванадия и кремния настолько сильно замедляет процесс разупрочнения при отпуске, что обычно назначаемая твердость пружин достигается при температурах отпуска выше интервала развития необратимой отпускной хрупкости. Повышенный комплекс механических свойств и особенно предел выносливости достигается после изотермической закалки с дополнительным отпуском по режиму: температура нагрева 870° С, изотермическая выдержка при 325—335° С, отпуск при 280—300° С.

Для повышения теплостойкости автор работы предлагает ввести в сталь типа ЭП464 молибден в количестве 0,3—0,5% (сталь 55ХГСМФ). Пружины из этой новой стали после закалки в масле при 870—880° С или при 900° С (охлаждение на воздухе) и отпуске при 450—500° С на твердость 45—47 HRC могут работать до 250—300° С. Свойства этой стали следующие:

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: