Влияние холодной пластической деформации и отпуска на структуру и свойства нормализованной пружинной стали

Деформационное упрочнение пружинной стали обеспечивает высокий комплекс механических свойств не только после предварительного патентирования, о чем речь была выше, но и после нормализации. Это объясняется тем, что и при охлаждении на воздухе в процессе нормализации полуфабрикатов или деталей сравнительно небольшого сечения из стали с повышенным содержанием углерода и особенно низко- или среднелегированной образуется структура тонкопластинчатого сорбита, мало отличающегося от получаемого при патентировании.

Применение нормализации вместо патентирования экономически эффективнее. Кроме того, для обработки ряда профилей, из которых изготовляются упругие элементы — проволоки повышенного сечения, прутки и полосы, — патентирование не применяется.

Метод деформационного упрочнения нормализованной стали марок С-65А (0,65—0,70% С; 0,45—0,55% Mn; 0,15—0,20% S; <0,025% S; <0,025% Р), 65Г и 50ХГ оказался весьма эффективным для изготовления многих весьма ответственных типов пружин.

На рис. 26 показано влияние пластической деформации на прочностные свойства сталей С-65А и 65Г после нормализации 830—850° С и при 910—930° С соответственно. Из этих данных следует, что деформация нормализованных сталей резко повышает их прочностные свойства — пределы прочности и пропорциональности. Дальнейшее улучшение прочностных свойств, правда, при некотором снижении пластичности, достигается после дополнительного отпуска, вызывающего те же субструктурные изменения, что и отпуск деформированной стали после предварительного патентирования. Это изменение свойств показано на рис. 26.

При этом отпуске наиболее сильно изменяется основная характеристика пружинных сплавов — предел упругости (рис. 27), поскольку именно эта характеристика упрочнения наиболее тесно связана с изменением субструктуры. По данным М.А. Коткиса, в процессе отпуска заметно повышается и модуль упругости (с 205 до 240 Гн/м2, или с 21 000 до 24 500 кГ/мм2).

Наиболее важное значение имеет тот факт, что в результате отпуска деформированной стали сильно повышается усталостная прочность.

Этот эффект М.А. Коткис объясняет уменьшением подвижности дислокаций вследствие образования атмосфер Коттрелла и Снука и противодействия других дислокаций.

Важно, что пластинчатые пружины из нормализованной стали 65Г после деформации и отпуска имеют существенно большую усталостную прочность, чем после обычной термической обработки (рис. 28). Тот же эффект обнаружен и при испытании пружин из стали С-65А (рис. 29) и образцов из рессорной стали 50ХГ (рис. 30). Интересно, что испытания рессорных листов (обжатие при деформации 30%) подтвердили лучшую стойкость после деформации и старения (106 000—255 000 циклов до разрушения), чем после закалки и отпуска (70 000—150 000 циклов до разрушения). Благоприятными оказались и испытания рессор.

В итоге проведенных исследований, показавших определенное улучшение свойств пружин и рессор в результате применения нормализации, холодной пластической деформации и отпуска, на Горьковском автозаводе разработан технологический процесс, названный пластически-термической обработкой. В этом случае нормализованный подкат или проволоку подвергают холодной пластической деформации (прокат или волочение) с обжатием 40—60%. Из полученной таким образом полосы, ленты или проволоки вырубкой, формовкой или навивкой изготовляют различные упругие элементы. После этих операций следует заключительная обработка — отпуск или старение при 280—300° С в течение 20—40 мин. При этом не только достигаются высокие механические свойства и высокая стойкость пружин в условиях службы, обеспечивается точность их размеров и формы (так как исключается процесс закалки), но и упрощается и удешевляется технологический процесс изготовления пружин.