Материалы для изготовления пружин
Материалы для изготовления пружин – это конструкционные стали или цветные металлы с высоким пределом упругости, выносливости и релаксационной стойкости. Таким требованиям удовлетворяют углеродистые и легированные стали с повышенным содержанием углерода, которые подвергают закалке и последующему отпуску. Материалы для пружин сжатия, растяжения, кручения должны соответствовать заявленным характеристикам и ГОСТам.
Пружины изготавливаются методом холодной или горячей навивки из сталей с химическим составом и механическими свойствами предусмотренными ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1435-90, ГОСТ 14959-79 и бронзы по ГОСТ 5222-72, ГОСТ 493-79. При проектировании пружины выбор материала производится в соответствии с требованиями чертежа и ГОСТ 13764-86.
В основном пружины изготавливаются из стальной углеродистой пружинной проволоки круглого сечения по ГОСТ 9389-79. Для изготовления пружин более ответственного значения, работающих с повышенным числом циклических нагрузок, либо в условиях повышенных напряжений, назначают легированные марки стали по ГОСТ 1071-81, ГОСТ 14963-78. Пружины, работающие в агрессивных средах, такие как щёлочи, морская вода и прочие, необходимо изготавливать из титановых сплавов, бронзы, нержавеющей стали (12Х18Н10Т).
Жаропрочные никелевые сплавы ХН 77ТЮР (ЭИ 437Б) и ХН 70 МВЮ-ВД (ЭИ 828-ВД) предназначены для работы, в т.ч. в качестве пружинных материалов при температурах 500°С длительно и при 650°С кратковременно (ЭИ 47Б) и при 750°С длительно и до 900°С кратковременно (ЭИ 828-ВД). Сплавы на никелевой основе имеют существенные преимущества по жаропрочности по сравнению с высоколегированными нержавеющими сталями. Никелевые сплавы характеризуются минимальной склонностью к хрупкому разрушению при отрицательных температурах. Нержавеющие стали при низких температурах также пластичны, но структурно менее стабильны.
Никелевые сплавы ЭИ 4737Б и ЭИ828-ВД весьма технологичны при холодном волочении и при навивке пружин.
Максимальные рабочие упругие напряжения пружин составляют для сплава ЭИ 437Б 800 МПа при температуре 20°С и 250 МПа при температуре 500°С и для сплава ЭИ 828-ВД 650°С МПа при комнатной температуре и 150 МПа при температуре 800°С.
Титановые сплавы ВТ 16, ВТ 23 И ТС6 широко применяются в качестве пружинных материалов. По сравнению с общеизвестными пружинными сталями 60С2А и 65С2ВА они имеют меньшую плотность, малый модуль упругости, высокие прочности и упругие свойства, что обеспечивает высокую энергоемкость пружин. Повышенная энергоемкость упругих элементов заслуживает наибольшего интереса, поскольку характеризует основной показатель пружин- способность накапливать и сохранить как можно большие величины энергии в единице занимаемого пружинами объема.
Титановые сплавы весьма технологичны при холодном волочении и при навивке пружин. Также титановые сплавы относятся к "стареющим" материалам, т.е. обладают свойством повышать свои механические характеристики различными способами термо-механического упрочнения. Пружины из титановых сплавов работоспособны при температурах до 300°С.
Никелевые и титановые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах и в морской атмосфере.