Способ упрочнения пружин из углеродистых и легированных сталей

Способ упрочнения пружин из углеродистых и легированных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<®APl, . .;,. а. лис а (» (;.

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

N A$TOPCKOMY CRN+ETEhbEIRV

Союз Советских

Социалистических

Республик (ti>744047 (61) Дополнительное к авт. саид-ау— (22) Заявлено 130278 (21) 2582334/22-02 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет— (51)м. Кл.

С 21 D 9/02

Государственный комитет

СССР

ho делам изобретений и открытий

Опубликовано 300б80. Бюллетень Мо 24 (53) УДК е21.785.

° 79-272(088.&) Дата опубликования описания 30.06.80

В.B. Забильский, М.М. Исмагилов, В.И. Саррак и Н.С. Обухов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (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- 1О тем осадки пружин, предварительно навитых с увеличенным шагом. После деформирования пружины подвергают старению при 100-400 С (1).

Недостатком этого способа являет- 15 ся снижение запаса пластичности ста.ли в результате деформационного старения мартенсита.

Известен также способ изготовления пружин, заключающийся в навивке пру- 2О жины с увеличеннум шагом, ее закалке до получения мартенситной структуры ,среднем отпуске и пластической деформации (2). При этом пластическую деформацию проводят в холодном состоя- 25 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 (4j .

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 возможным шагом, а напряжения, возникающие при сжатии их до соприкоснбвения витков, уже при комнатной температуре приближаются к пределу текучести, а при температуре от-. пуска значительно превышают предел

1, 744047

4, 5-6,5

2,5-3

20-25

30-50

2,1-2,3

5,4 кучести стали, а зто приводит к лначительной остаточной пластической деформации пружин, развитию динамического старения и снижению запасов пластичности стали.

Из-за большой пластической деформации наблюдается коробление пружин" бочкообраэность, кривизна, неперпенди кулярность торцов оси пружины. Кроме того; сжатие закаленных пружин до соприкосновения витков может привести к хрупкому разрушению их или развитию микротрещин. В то же время в результаФе отпуска пружин при неизменной начальной деформации происходит интенсивное уменьшение начальной нагрузки за счет релаксации приложенно- (5

ro напряжения, а это приводит к быстрому затуханию процессов релаксации вйутренних напряжений, вознйкающих в результате закалки.

Целью изобретения является повы- Щ шение упругих свойств пружин, их стабильности в процессе эксплуатации и долговечности в условиях циклического нагружения.

Поставленная цель достигается тем, что отпуск пружин проводят под нагрузкой при температуре 300-400 С в течение 10-30 мин, при этом отпуск пружин осуществляют при постоянном напряжении в пределах 30-70 кгс/см

2 а нагрузку прикладывают сразу после нагрева до температуры отпуска.

Сущность способа заключается в холодной навивке пружины с шагом, превышающим шаг готовой пружины, ее закалке до получения мартенситной струк-З

" тУРй и отпуске под постоянной нагрузкой при начальном напряжении равном

0,4-0,7 от предела текучести при температуре отпуск а (при кручении).

В процессе закалки в матЕриале 40 пружин возникают высокие внутренние напряжения, снижающие упругие свойства и усталостную прочность пружин.

Отпуск под постоянной нагрузкой обеспечивает повышение упругих .свойсТв пружин за счет более полной релаксации.остаточных внутренних напряЖений и более равномерного их распределения, не вызывает развития динамического деформационного стаРения и снижения запаса пластичности стали. Создается структура, свободная от внут1

По известному способу (отпуска в сжатом до соприкосновения витков состояния)

По предлагаемому способу. отпуск при 300 С

70 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. 3а счет более интенсивной релаксации остаточных. напряжейий при отпуске под постоянной нагрузкой время отпуска может быть сокращено до 10-30 мин;

Пример . Проводят изготовление пружин иэ стали 60С2А с диаметром проволоки d = 2,0 мм, средний диаметр пружины Do = 15,65 мм, число витков n = 8, шаг 11 мм.

Состав стали: 0,62% С и 1,72% Si.

Обработку пружин по известному способу проводят при следующих режио мах: закалка при 860 С, отпуск при

420 С в эаневоленном до соприкосноо вения 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/АР; при t = 400 С и 7 = 30 кгс/мм и

70 кгс/мм упри t 350 С и

50 кгс/мм

Стабильность упругих свойств готовых пружин определяют как величину уменьшения приложенного напряжения (релахсационный эффект) при выдержке в течение 500 ч при начальном напря- жении (70 кгс/мм

Полученные результаты представлены в таблице.

744047

Продолжение таблицы отпуск при 400 С 7 30 кгс/мм

/ 2

70 кгс/мм отпуск при 350 С

50 кгс/мм о

0i5-1 о

О, 5-1

2,0-2 5

2,0-2,7

4,7

7,0

О, 5-1 о

2,0-2,5

6,2

Формула,изобретения

С ост ав итель Г; Шевченко

Редактор A. Соловьева Техред М.Петко, Корректор М. Пожо

Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушекая наб,, д. 4/5

Заказ 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 Щ

1000 ц/мин. Коэффициент асимметрии

Вт = 0,11 База 2 10 циклов.

Долговечность пружин, изготовленных по предлагаеМому способу, возрастает в 2,5 раза. 25

Исполь 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 увеличенным шагом, включающий их закалку и отпуск под нагрузкой при 300-400 С, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения упругих свойств пру- жин, их стабильности в процессе эксплуатации, отпуск пружин проводят под нагрузкой при постоянном напряжении, равном 0,4-0,7 предела текучести стали при отпуске.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юд и и с я тем, что, с целью повышения упругих свойств пружин иэ стали

60С2А, отпуск ведут под нагрузкой при постоянном напряжении, равном 3070 кгс/мм, при этом нагрузку прикладывают сразу после нагрева до температуры отпуска.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 257430, кл. С 21 D 9/02, 1968.

2. Остроумов В.П. Производство винтовых цилиндрических пружин. М., Машиностроение, 1970, с. 22-84.

3. Потах Я.M. Хрупкие разрушения стали и стальных деталей. M.; 1955, с. 319-320.

4. Ассонов A.Ä. Технология термической обработки деталей машин. М., Машиностроение, 1969, с. -80.