Способ упрочнения пружин из углеродистых и легированных сталей

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯк Автосном саидйткльству Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 130278 21) 2582334/22-02с присоединением заявки Мо(51)м. Кл.ф С 21 Р 9/02 Государственный комитет СССР Но делам изобретений и открытий(53) УДК 621.785. .79-272(088,8) Дата опубликования описания 30,06,80 В.В. Забильский, М.М. Исмагилов, В.И. Саррак и Н.С. Обухов(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПРУЖИН ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Изобретение относится к область технологии изготовления пружин.В современном машиностроении при изготовлении пружин иэ углеродистых 5 и легированных сталей с содержанием углерода 0,5-0,7 применяют закалку с последующим низким отпуском и пластическим деформированием. Пластическое деформнрование проводят пу О тем осадки пружин, предварительно навитых с увеличенным шагом. После деформирования пружины подвергают старению при 100-400 С 1.Недостатком этого способа являет ся снижение запаса пластичности ста.ли в результате деформационного ста" рення мартенсита.Известен также способ изготовления пружин, заключающийся в навивке пру О жины с увеличенным шагом, ее закалке до получения мартенситной структуры, .среднем отпуске и пластической деформации 2. При этом пластическую деформацию проводят в холодном состоя нии при комнатной температуре с остаточным сдвигом до 2,0.Однако известный способ не обеспечивает высоких упругих свойств пруаин и их стабильности в процессе эксплуатации, так как остаточные напряжения, возникающие в процессе холодной пластической деформации и выдержки под нагрузкой, частично склонны к возврату. Кроме того, такие пружины склонны к замедленному разрушению в процессе эксплуатации,и имеют низкую долговечность в условиях цик-. лического нагружения 3). Известен также способ изготовления пружин, заключающийся в навивке пружин, их закалке и отпуске в сжатом до,соприкосновения витков состоянии 4).Недостатком существующего способа является то, что его нельзя применить для упрочнения тяжелонагруженных пружин, подвергающихся динамическим нагрузкам, так как при работе таких пружин возможно их разрушение от усталостной трещины.Такие пружины навиваются с максимально возмоаным шагом, а напряжения, возникающие при саатии их до соприкоснбвения витков, уже при комнатной температуре приближаются к пределу текучести, а при температуре от-. Пуска значительно превышают предел744047 5 4,52,5 0-50 кучести стали, а зто приводит кзначительной остаточной пластическойдеформации пружин, развитию динамического старения иснижению запасовпластичности стали.Из-за большой пластической деформации наблюдается коробление пружинбочкообраэность, кривизна, неперпенди кулярность торцов оси пружины. Крометого; сжатие закаленных пружин до соприкосновения витков может привестик хрупкому разрушению их или развитию микротрещин. В то же время в результате отпускапружин при неизменной начальной деформации происходитинтенсивное уменьшение начальной нагрузки за счет релаксации приложенного напряжения, а это приводит к быстрому затуханию процессов релаксациивйутренних напряжений, вознйкающих врезультате закалки,Целью изобретения является повы- Щшение упругих свойств пружин, их стабильности в процессе эксплуатации идолговечности в условиях циклического нагружения.Поставленная цель достигается тем,что отпуск пружин проводят под нагрузкой при температуре 300-400 С втечение 10-30 мин, при этом отпускпружин осуществляют при постоянномнапряжении в пределах 30-70 кгс/см2а нагрузку прикладывают сразу посленагрева до температуры отпуска.Сущность способа заключается в холодной навивке пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, ее закалке до получения мартенситной струк-З"туры и отпуске под постоянной нагрузкой при начальном напряжении равном0,4-0,7 от предела текучести при температуре отпуска (при кручении)."-" В"процессе закалки в матЕриале 40пружин возникают высокие внутренниенапряжения, снижающие упругие свойства и усталостную прочность пружин.Отпуск под постоянной нагрузкой обеспечивает повышение упругих .свойсТвпружин за счет более полной релаксации остаточных внутренних напряженийи более равномерного их распределения, не вызывает развития динамического деформационного старения и сни-жения запаса пластичности стали, Создается структура, свободная от внутПо известному способу(отпуска в сжатом до соприкосновения витковсостояния)По предлагаемому способотпуск при 300 С70 кгс/мм ренних напряжений, обладающая высоким сопротивлением усталостному разрушению и высокими упругими свойствами. Релаксация внутренних напряжений над постоянной нагрузкой позволяет снизить температуру отпуска до 300 С и более полно испольэовать высокие упругие свойства, которые имеют пружинные стали при такой температуре отпуска. Повышение температуры отпуска свыше 400 С снижает прирост упругих свойств стали. При отпуске под напряжением 30-70 кгс/мм остаточная деформация (остаточный сдвиг) пружин не превышает 0,5, Поэтому нарушения геометрических параметров пружин не происходит. За счет более интенсивной релаксации остаточных, напряжейий при отпуске под постоянной нагрузкой время отпуска может быть сокращено до 10-30 мин;/ П р и м е р . Проводят изготовление пружин иэ стали 60 С 2 А с диаметром проволоки й = 2,0 мм, средний диаметр пружины Оо = 1565 мм, число витков и = 8, шаг 11 мм,Состав стали: 0,62 С и 1,72 81.Обработку пружин по известному способу проводят при следующих режиомах: закалка при 860 С, отпуск при 420 С в эаневоленном до соприкосноовения витков состоянии. Следует отметить, что пружины с таким шагом при сжатии их до соприкосновения витков после закалки разрушаются в упругой области, поэтому сжатие их проводят после смягчающего предварительного отпуска при 200 С в течение 1 ч.По предлагаемому способу после закалки с этой же температурой проводят отпуск под постоянной нагрузкой при 300 С и напряжении 7 = 70 кгс/вел; при Т = 400 С и 7 = 30 кгс/ммф и С - 70 кгс/мм упри 1350 С и50 кгс/ммСтабильность упругих свойств готовых пружин определяют как величину уменьшения приложенногонапряжения (релахсационный эффект) при выдержке в течение 500 ч при начальном напря- жении ( з 70 кгс/ммПолученные результаты представлены в таблице.744047 Продолжение таблицы отпуск при 400 С7 30 кгс/ммг70 кгс/ммотпуск при 350 С7 50 кгс/ммг о О, 5-1 о 0,5-1Тираж 608 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушекая наб д, 4/5Заказ 3644/2 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Из-эа большой. осадки пружины, изготовленные по известному способу, кроме отклонения от перпендикулярности имеют также значительную бочкообразность - выпуклость средних витков и непаралллельность торцов.Пружины испытывают на долговечность на стенде с синусоидальным заМоном нагружения и числом циклов 2 О 1000 ц/мин. Коэффициент асимметрии йт = 0,11 База 2 10 циклов.Долговечность пружин, изготовленных по предлагаеМому способу, возрастает в 2,5 раза. 25Исполь зов ание предлагаемого способа упрочнения пружин иэ сталей с содержанием углерода 0,5-0,7 по, сравнению с известным способом дает следующие преимущества: повышение ЗО долговечности пружин; повышение ста,бильности их упругих свойств; повышение упругих свойств пружин беэ нарушения правильности их геометрических параметров; сокращение длительности производственного цикла эа счет уменьшения длительности отпуска. 1. Способ упрочнения пружин из углеродистых и легированных сталей,преимущественно с содержанием 0,50,7 углерода, навитых с увеличеннымшагом, включающий их закалку и отпускпод нагрузкой при 300-400 С, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения упругих свойств пру-жин, их стабильности в процессе эксплуатации, отпуск пружин проводятпод нагрузкой при постоянном напряжении, равном 0,4-0,7 предела текучестистали при отпуске.2. Способ по и. 1, о т л и ч а юд и й с я тем, что, с целью повышения упругих свойств пружин иэ стали60 С 2 А, отпуск ведут под нагрузкойпри постоянном напряжении, равном 3070 кгс/ммг, при этом нагрузку прикладывают сразу после нагрева до температуры отпуска.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 257430, кл. С 21 П 9/02, 1968.2. Остроумов В.П. Производствовинтовых цилиндрических пружин. ММашиностроение, 1970, с. 22-84,3. Потах Я,М, Хрупкие разрушениястали и стальных деталей. М.; 1955,с. 319-320.4. Ассонов А.Д. Технология термической обработки деталей машин. М.,фМашиностроение, 1969, с. 80.