Пружинні сталі відносяться до окремої групи легованих конструкційних сталей. Вони характеризуються високою межею пружності, втомною міцністю, коли потрібно повернення елемента в початковий стан після зняття навантаження, опором релаксації напружень, високою межею пластичності, гасінням і поглинанням ударних навантажень, а в особливих випадках, залежно від хімічного складу обраного сорту, також корозійною стійкістю (наприклад, сталь X10CrNi18-8, 1H18N9).

Використовуються, зокрема, для виготовлення пружин, пружинних шайб, ресор, мають відмінні пружні властивості, а також стійкість до крихкого руйнування (при перевантаженні елемента відбувається його деформація, а не руйнування), стійкість до пластичних деформацій готових виробів (втома матеріалу), відносно тривалий термін служби, а також можливість формування відповідних форм для пружин, ресор і пружинних елементів завдяки високій пластичності матеріалів цієї групи.

Щоб ще більше продовжити термін служби елемента в умовах, що сприяють втомі, поверхня пружин повинна бути відповідним чином оброблена, гладкою, без зазубрин, подряпин і нерівностей. Термічна обробка пружинної сталі полягає в аустенітизації виробу в діапазоні температур 800-870℃, гартуванні у воді (близько 30-40℃) або маслі (близько 50-70℃) і відпуску при температурі 300-520℃ в залежності від марки сталі. В результаті такої термообробки пружинний елемент матиме структуру відпущеного мартенситу.

Вуглецеві пружинні стрижні — специфікація та застосування

Використання вуглецевої сталі в основному орієнтоване на менші і менш відповідальні пружинні елементи. Своїми властивостями цей матеріал зобов'язаний в основному високому вмісту вуглецю, що становить близько 0,55-1,10%. У порівнянні з іншими видами, вуглецева сталь має невеликий діапазон легуючих домішок, таких як марганець і кремній. Вироби з цих марок використовуються для виготовлення невеликих пружин через низьку загартовуваність, слабку міцність і пластичність, тобто для малонавантажених пластин і пружинних деталей з невеликим перетином з листів, стрічок, прутків і дроту діаметром або товщиною до 10 мм. Матеріал слід використовувати в робочому середовищі з максимальною температурою 150℃. Вуглецеві пружинні сталі характеризуються високою межею пластичності і хорошими пружними властивостями після гартування.

Хромисті сталі з добавками кремнію, ванадію і марганцю представляють собою групу марок з ще більш високими характеристиками в порівнянні з кремнієвими і марганцевими сталями. Їх загартовуваність набагато краща, вони пристосовані для роботи при набагато вищих температурах (до 300 ℃) і можуть використовуватися в якості особливо навантажених пружин, ресор і деталей пружин набагато більших розмірів.

Хром з додаванням ванадію (CrV) і хром з молібденом (CrMo) в пружинних сталях, що визначаються як сполука вуглецевих елементів, призводить до зменшення кількості неметалевих включень і, отже, до значного збільшення втомної міцності матеріалу в порівнянні з кремнієвими сталями.

Пластичність пружинної сталі також є досить важливою характеристикою, і тут ми також ставимо хромисті сталі на перше місце за високим коефіцієнтом деформації.

Особливо сплави SiCrV, хромо-кремнієві з додаванням ванадію, і SiCrMo, хромо-кремнієво-молібденові, демонструють найвищі мінімальні значення Re. Додавши до цієї групи ще сталі CrV і CrMoV, всі «чотири» демонструють найвищу робочу температуру до 300℃. Діапазон вмісту вуглецю в хромистих сталях: близько 0,40%-0,65%.

Сталі зі складом Si-кремній, Mn-марганець або комбінований Si-Mn характеризуються меншим вмістом вуглецю в порівнянні з вуглецевими пружинними сталями. Добавки, такі як кремній і марганець, надають цим сталям більшу міцність, ударну в'язкість, пластичність і високу стійкість до релаксації напружень. У порівнянні з вуглецевими сталями, кремнієві сталі при відпуску легко зневуглековуються і піддаються графітизації. Загартовуваність схожа з вуглецевими сталями. Свою пластичність вони зобов'язані більш високому вмісту кремнію, а в деяких марках, що містять в якості добавки марганець (наприклад, сталь 65Mn4), загартовуваність ще вища. Ці сталі також не підходять для роботи при високих температурах. Вміст вуглецю в кремнієвих сталях становить близько 0,38-0,60%.

Хімічний склад і марки

Конструкційні марки легованих пружинних сталей мають досить широкий діапазон вмісту вуглецю C: 0,40-1,25%. За пружність цих сталей та інші характерні властивості матеріалів відповідає, серед іншого, кремній. В результаті триваючих досліджень, розвитку технологій конструкцій і машин, не слід піддаватися стереотипам, що підгрупа легованих пружинних сталей використовується тільки для виготовлення пружин. Все частіше виходячи за рамки стереотипів, стало фактом, що багато марок інструментальних сталей, високолегованих корозійно-стійких сталей і навіть підшипникових сталей мають відповідні властивості і розглядаються як пружинна сталь у виняткових випадках для спеціальних застосувань. Пружинні сталі поставляються в стані відпалу, термообробленому і в сирому стані.

Ми виділяємо кілька основних підгруп пружинної сталі:

вуглецеві пружинні сталі (наприклад, C60S, 1.1211, C55S, 65 / C67S , 75 / C75S, 85 / C85S, C90S, C100S, C125S)
кремнієві та кремнієво-марганцеві сталі (наприклад, 38Si7 / 40S2, 46Si7, 51Si7 / 50S2, 56Si7 / 55S2, 52SiCrNi5, 1.7117, 60С2Г, 60С2Н2А и 50ХФА, 65Mn4 / 65G, 60SG)
хромісті сталі з додаванням ванадію, марганцю, молібдену, вольфраму та нікелю (наприклад,51CrV4 / 50HF, 60С2А и 60С2ХА, 50HS, 50HG, 60SGH)

Листы, ленты, формы и пружинные прутки

Вышеописанные марки легированной и углеродистой пружинной стали определены польскими стандартами PN-74/H-84032, PN-75/H-84019, PN-60/H-84030 (PN-H-84032:1965), GOST 2052-53, GOST 14959-79, EN 10083 и EN 10089:2005, в соответствии с которыми поставляются:

Гарячекатані пружинні листи за EN 10029, PN-H-92135, PN-H-92134, GOST 14959-79
Поковки та пружинні прутки для вільного кування за PN-79/H-94500, PN-84/H-94004, EN 10250-3, GOST 8479-70, GOST 1133-71
Пружинні стрічки холоднокатані за EN 10132-4:2004, EN 10131, PN-75/H-92335, PN-74/H-92329, GOST 2283-79
Пружинні вальцьовані прутки за PN-96/H-93003, PN-64/H-92604 EN 10025-6 и EN 10060, GOST 2590,
Пресовані пружинні плоскі профілі за PN-H-93219 и EN 10092-1, GOST 103-2006
Витягнуті пружинні прути за PN-85/H-93210, а також лущені пружинні прутки по PN-96/H-93005, PN-56/H-93006, PN-96/H-93009
Пружинні механічні проволоки за EN 10270, PN-91/H-84028, PN-96/H-93005 і PN-55/H-80057