в воду или масло, ступенчатую закалку с дополнительным охлаждением после переохлаждающей ванны и другие.

Значительное влияние на свойства пружинной проволоки и ленты, а также готовых пружин, упрочняемых путем закалки на мартенсит и отпуска, оказывает предварительная обработка перед закалкой. Закаленная и отпущенная лента и проволока с предварительной обработкой на структуру тонкопластинчатого сорбита имеют более высокий комплекс механических свойств, по сравнению с обработкой на структуру зернистого цементита.

20000 fOOOO S0000 80000 700000 720000

Времл релаксации, v

Рис. 122. Релаксация напряжений (начальное напряжение 00=1600 МПа) в пружинных сталях прн длительных выдержках прн комнатной температуре (С. В. Грачев):

1 - 70СЗХМВА; 2 - 70С2ХА; 3 - У10А

В целом пружинная проволока и лента и изделия из них, обработанные путем пластической деформации и отпуска (деформационного старения), обладают более высокими значениями вязкости (число перегибов или скручиваний) и сопротивление усталости. Проволока и лента, упрочняемые путем закалки на мартенсит и отпуска, имеют более высокие значения предела упругости и сопротивления релаксации, а также более высокие силовые характеристики пружин.

Легирование пружинных сталей общего назначения перлитного и мартенситного классов ограничено необходимостью сохранения достаточной пластичности для проведения холодной прокатки ленты или волочения проволоки, а также некоторыми технологическими особенностями обработки проволоки и ленты на агрегатах непрерывного действия.

Пружинные стали общего назначения легируют элементами, повышающими предел упругости и сопротивление релаксации. В качестве легирующих .элементов используют до 2,5 % Si, до 1,0 % Мп, до 0,5,% Сг, Мо, W или V. В ряде случаев для пружинных сталей применяют микролегирование (например, бором в количестве до 0,003 %), который повышает предел упругости и релаксационную стойкость стали (А. Г. Рахштадт).

Из методов упрочнения пружинных сталей общего назначения можно отметить термомеханическую обработку, особенно ВТМО, применение которой, в частности, эффективно при термообработке рессор.

3. Стали специального назначения

Пружинные стали специального назначения кроме высоких значений предела упругости могут иметь еще и высокую коррозионную стойкость, теплостойкость (высокое сопротивление релаксации при повышенных TCivinepaTypax), не-магнитность и др. К таким сталям относятся высоколегированные мартенситные, мартенситно-стареющие и аустенитные стали. В табл. 24 приведен химический состав некоторых пружинных сталей специального назначения.

В качестве коррознонностойких пружинных сталей применяют мартенситные стали. Для получения высокой коррозионной стойкости стали легируют хромом в количестве более 12%. Применяют стали типа 30X13 и 40X13 после закалки от температур 1000-1050 °С и отпуска. Режим отпуска зависит от назначения пружин. Для работы при комнатной температуре применяют отпуск при 300-350 °С, а в условиях повышенных температур при 500-550 °С. Повышенная прокаливаемость таких сталей позволяет использовать их для пружин больших сечений. Для повышения релаксационной стойкости нержавеющие стали мартенситного класса дополнительно легируют вольфрамом, молибденом, ванадием и другими элементами. Так, сталь 12Х12Н2ВМФ имеет рабочую температуру 350 °С, что на 50 °С выше, чем у стали 30X13.

Мартенситно-стареющие стали (см. гл. XVII) весьма перспективны как пружинные стали специального назначения. Мартенситно-стареющие стали на Не-Ni (Н18К9М5Т, Н18К8М4ТЮ, Н16К4М4Т2Ю) и Fe-Сг-Ni (Х12Н10Д2Т5, Х12Н10Д2Т, Х18Н8К5М2ТЮ) основах применяют для изготовления пружинной проволоки и ленты. Почти все мартенситно-стареющие стали (за .исключением сверхпрочных

Ч cs

СО со

XX о о со

cjb~X - о

СП ai C-i

ххй X X

со сч

о о.

ь~сп

831 I

~ -о

Ю 00

ю 00 t со

(rq ь~со

я. яя

о оо

о оо

§ 3§

COCSl

X XX

с пониженной пластичностью) могут быть использованы В качестве пружинных.

Мартенситно-стареющие стали на Fe-Ni-основе используют благодаря их высокой релаксационной стойкости и высокому значению предела упругости для работы в условиях больших рабочих нагрузок при повышенных температурах. Стали на Fe-Сг-Ni-основе являются коррозионно-стойкими и имеют высокое сопротивление релаксации напряжений, при этом хромоникелевые нержавеющие мартенситно-стареющие стали можно применять для изготовле-

Степень де/рормации, %

Рис. 123. Упрочнение при волочении (а) и изменение объема (б) проволоки (С В. Грачев, Л, А. Мальцева):

/ - У8А; 2 - Н18К8М5Т; 3 - армко-железо

НИЯ Пружин, работающих при температурах до 400-450 °С. При рабочих температурах до 500-550 °С следует применять пружины ИЗ мартенситно-стареющих сталей на Fe-Сг-Со-Мо-основе.

Имеются данные, что в мартенситно-стареющих пружинных сталях на Fe-Ni- и Fe-Сг-Ni-основах содержание титана может быть повышено до 1,2-1,4 %, так как в тонких сечениях образование карбидной сетки по границам аустенитного зерна при закалке и связанное с этим охрупчивание сталей подавляется.

Мартенситно-стареющие стали превосходят многие пружинные стали и по величине упругого отношения сго.оз/, являющегося важной характеристикой пружинных сплавов.

Высокая пластичность мартенситно-стареющих сталей в закаленном состоянии удобна для проведения холодной прокатки ленты и волочения проволоки. Мартенситно-стареющие проволока и лента могут выдерживать большие степени деформации без потери пластичности (рис. 123), причем коэффициент деформационного упрочнения мартенситно-стареющих сталей на Fe-Ni-основе близок по значению

2600

2200

1400

1000

Рис. 124. Изменение механических свойств Ob.Oq Q3 и числа перегибов л пружинной ленты из мартеи-ситностареющей стали Н18К8М5Т при старении (С. В. Грачев, Л. А. Мальцева). Степень деформации, %: /-0; 2-60; 3 - 75

200 300 600 200

Температура, С

к коэффициенту деформационного упрочнения (тангенс угла наклона) армко-железа (рис. 123,а). Одной из причин высокой пластичности мартенситно-стареющих сталей является практическое отсутствие образования микротрещин при деформации, о чем свидетельствует незначительное изменение объема мартенситно-стареющей проволоки при волочении по сравнению с патентированной проволокой (рис. 123,6). При старении мартенситно-стареющих сталей наблюдается резкое увеличение значения временного сопротивления и особенно предела упругости проволоки и ленты. При правильно выбранном режиме закалки и деформации пластичность пружинной ленты и проволоки в интервале температур, отвечающих максимуму ярочност-

ных свойств, остается на достаточном уровне (рис. 124). Релаксационная стойкость мартенситно-стареющих пружинных сталей в зависимости от температуры старения при невысоких температурах релаксации (до 400 °С) изменяет ся аналогично изменению предела упругости.

Предел упругости и релаксационная стойкость мартенситно-стареющих сталей существенно понижается при наличии в структуре остаточного аустенита. Поэтому мартенситно-стареющие стали на Fe-Сг-Ni-основе могут иметь более низкий предел упругости и сопротивление релаксации в области невысоких температур вследствие пониженной мартенситной точки и большого количества остаточного аустенита по сравнению с менее легированными сталями на Fe-Ni-основе.

К нержавеющим и теплостойким пружинным сталям относятся стали на аустенитной основе. Как правило, аустенитные пружинные стали - это стали, на железо-никелевой основе, содержащие до 0,2 % С. Наиболее широко для Пружин применяют обычные аустенитные хромоникелевые стали, например, 12Х18Н10Т, 17Х18Н9 (см. гл. XXII, п. 5).

Для получения высокого сопротивления начальным пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости аустенитные стали, предназначенные для изготовления пружин и упругих элементов, упрочняют путем холодной пластической деформации (прокатка ленты, волочение проволоки) и отпуска (деформационного старения). При пластической деформации в аустенитных сталях, в которых мартенситная точка Л1д лежит выше температуры деформирования, происходит образование мартенсита деформации. Такие стали называют метастабильны-ми аустенитными сталями (см. гл. XX, п. 2). Образующийся вследствие 7->-а-превращения мартенсит деформации дополнительно упрочняет сталь как при пластической деформации, так и при последующем деформационном старении. Однако при большом содержании мартенсит деформации может понижать пластичность пружинной проволоки и ленты.

Высокостабильные аустенитные стали, в которых мартенсит деформации не образуется ни при каких режимах деформации и старения, используют для изготовления коррознонностойких немагнитных пружин и упругих элементов.

Для повышения теплостойкости, т. е. сопротивления релаксации при повышенных температурах аустенитные пружинные стали дополнительно легируют такими элементами