Способ изготовления пружин из легированных сталей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11): Л 5ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 4/22-0 83. Бюл Р 1 орошилин, Н араштин и Б 5,79(088.8) Кабин Крюко н ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ)Ф 339587 с 3. Рахшт нология тер и других уп фМашиностро 4 Автор М 621761, корское свидетельство СССл. С 21 Р 9/02, 1968.ское свидетельство СССРл, С 21 О 1/78, 1972.адт А.Г., Супов А.В. Техмической обработки пружиругих элементов. М.,ениеф, 1972, с, 21.ское свидетельство СССРл, С 21 Р 9/02, 1978.(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НРуЖИНИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, преимущественно с остаточным или метастабильным аустенитом с содержанием углерода0,02-0,70, включающий формообразование заготовки пружины с прогибом,превышающим прогиб готовой пружины,ее закалку, отпуск и осадку с остаточной пластической деформацией0,3-0,7, о т л и ч а ю щ и й с ятем,.что, с целью повиаения уровнядопускаемых напряжений пружин, осадку производят при температурах отминус 70 С до минус 253 фС с последую.щей выдержкой при этих температурахв заневоленном состоянии в течение1-6 ч.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. Т. е, при Изобретение относится к технологииизготовления пружин, преимущественнонэ легированных сталей с остаточнымнли с метастабильным аустенитом ссодержанием углерода 0,02-0,7,и может быть использовано с целью ловышения уровня их максимальных допускаемых напряжений.Известен способ изготовленияпружин из легированных сталей, включающий навивку пружин с шагом, пре Овышающим шаг готовой пружины, ее закалку на мартенсит с последующимнизким отпуском, осадку с остаточнойпластической деформацией в холодномсостоянии и старение (заключительный 15отпуск) при 100-400 ОС11.Однако этот способ не исчерпываетвоэможности максимального упрочненияпружин из материалов переходногокласса (мартенситно-аустенитнойструктурой с остаточным аустенитом)или же с метастабильным аустенитом,так как производимая по сущеатвупри комнатной температуре осадка недостаточна для инициирования процессов образования дополнительных количеств прочной мартенситной Фазы.Это не позволяет обеспечить высокийуровень допускаемых напряжений винтовых пружин из этих материалов30( Р 7 980-1180 МПа (100-120 кгс/ммИзвестен способ механико-термической обработки пружинной стали,включающий закалку, ниэкотемпературный отпуск, деформирование в упруго- пластической зоне при температурах,не превышающих температуры ниэкотемпе.ратурного 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 щения, поскольку деформирование в упругопластической зоне при этомпроизводят в диапазоне температур от нормальных до 250 фС.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 этотспособ не обеспечиваемаксимальный перевод остаточногоили метастабильного аустенита в мартенснт при оптимальном распределенинчастиц упрочняющей фазы.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления пружин из углеродистыхи легированных сталей с содержаниемуглерода 0,5-0,7,. включающий навивкупружин с,шагом, превышающим шаг готовой пружины, ее закалку, отпуск иосадку с пластической деформациейсдвига 0,1-0,3 при 200-400 С 41.Укаэанный способ также неэффективен для оптимального упрочнения пружин в случае использования в качествепружинных материалов широкого классалегированных сталей, включая сталимартенситно.-аустенитного класса с0,2-0,7 углерода переходного класса(например, нержавеющие стали с метастабильным аустенитом, содержащие0,08-0,15 С);, а также мартенситностареющие стали с остаточным аустенитом, содержащие 0,2-0,03 С. Общимнедостатком перечисленных способовупрочнения пружин при изготовленииих из легированных сталей, содержа-фщих остаточный или метастабильныйаустенит, является то, что они несоздают условий для конструированияпружин с достаточно высоким уровнемдопускаемых напряжений ( в частности,для винтовых пружин с Г ъ 11801320 МПа (120-135 кгс/ми), необходймым для надежной их работы в условияхударно-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 0,3- 0,78, осадку производят при температурах от минус 70 фС до мйнус 253 С с последующей выдержкой при этих температурах в заневоленном состоянии в течение 1-6 ч.:таком процессе имеет место оптим.дь- ном состоянии в течение 2 ч до полу ное ориентированное распределение чения остаточной 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= 882- е полезных остаточных напряжений, 1180 МПа (90-116 кгс/мм ), достигаейовышающих несущую способность пру- мый по известному способу.ин и возникающих по рабочему сечению П р и м е р 2. Заготовка тарельпри величинах остаточных пластическщс 0 чатой пружины из легированной сталидеформаций (сдвига, растяжения)50 Н 6 МФА, содержащей остаточный аус,3-07. Осадка и последующая выдерж=тенит, штампуется с прогибом, превыка в напряженном состоянии при крио- шающимпрогиб готовой пРужины и соогенных температурах обеспечивает , тветствующий уровню начальных напрянеобходимую полноту протекания дополженнй (эо = 1960-2360 МПа .(2002. нигельных мартенситных превращений и 240 кгс/мм ), затем производится их стабилизацию геометрических размеров закалка от 820 фС, отпускпри 300 С и пружин. Осадка пружин при температу- осадка в криостате при минус 1960 С рах выше минус 70 С неэффективна, (жидкий азот) с выдержкой в заневотак как не обеспечивает максимально 20 ленном состоянии при этой температувозможного перевода в мартенсит аус- ре в течение 1 ч до получения остатенитных составляющих, особенно в .точной пластической деформации рассплавах с метастабильным аустенитом. тяжения в верхней кромке Е = 0,3 Осадка пружин при температурах . 0,4. Это позволяет получить конст-ниже минус 253 С дополнительного эф рукцию тарельчатых пружин с величифекта по приросту упругих свойств ;: ",ной максимальных упругих напряжений практически не дает и применять ееб = 1860-2060 МПа (190-210 кгс/миф) нецелесообразно вследствие техничес- по сравнению с величиной ( = 1470- ких трудностей работы с легкоиспаряю Мпа (150-180 кгс/мм, достигащимся хладагентом (жидким гелием), ,30 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 5 лей с остаточным или местабильным минус 700 С следует применять для ста- аустенитом и позволяет в 1,3-1;4 ралей с малым содержанием остаточногс . за поднять уровень их максимальныхаустенита. допускаемых напряжений., Весьма низкие температуры (минус Вследствие достаточной высокой 196 С и минус 253 С) следует приве- релаксационной стойкости, обеспечива.нять при изготовлении пружин иэ ста емой данным техпроцессом,. конструклей с метастабильным или достаточно ции пружин с таким уровнем допуска- устойчивым аустенитом, емых напряжений могут быть успешноВыдержка в заневоленном состоянии использованы для эксплуатации в усв течение времени, меньше 1 ч, ие ловиях ударнсь- динамического нагрустабилизирует геомЕтрических разме 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 доП р и м е р 1Заготовка пружины 50 пускаемых напряжений. иэ проволоки легированной стали мар- Например, при среднегодовом тенситного класса 30 13 (Э 13), со- объеме выпуска. винтовых пружин из держащейостаточный 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/ммд ). Затем производится экономии пружинного полуфабриката ее закалка от 1050 С, отпуск при иэ специальных сталей при изготовле ЗОООС и осадка в криостате при нус М нии пружйн по пред ага У 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 ПодписноеФилиал ППП "Патент",г. Ужгород,ул.Проектная,4