6. Рессорно-пружинные стали

Основными требованиями, предъявляемыми к рессорно-пружин-ным сталям, являются высокое сопротивление малым пластиче­ским деформациям (высокий предел упругости), высокий предел выносливости и повышенная релаксационная стойкость с сохра­нением упругих свойств в течение длительного времени.

В пружинах и рессорах пластическая деформация не допу­скается, поэтому высокие значения пластичности и вязкости менее существенны.

Высокие упругие свойства обеспечиваются при содержании 0,5—0,7 % С и получении трооститной структуры за счет закалки и среднего отпуска при температуре 350—450 °С. Углеродистые пружинные стали после термической обработки на троостит имеют 800 МПа, легированные 1000 МПа.

С тали для пружин и рессор обычно легируют кремнием и мар­ганцем, иногда в сочетании с другими элементами (табл. 12). Введение кремния задерживает распад мартенсита при отпуске. Кремний и марганец упрочняют феррит и увеличивают прока-ливаемость стали.

Рессорно-пружинные стали должны обладать хорошей зака­ливаемостью и прокаливаемостью. Присутствие после закалки в структуре продуктов перлитного превращения или остаточного аустенита ухудшает упругие свойства стали. Для повышения сопротивления пластическим деформациям важную роль играет получение мелкозернистой структуры.

Средние свойства углеродистых рессорно-пружинных ста­лей после термообработки: = 800-1000 МПа, = 1000-1200 МПа, =5+8 %; == 25-30 %, предел выносли­вости при изгибающей нагрузке 500—650 МПа, при кручении 300 МПа. Величина предела выносливости уменьшается при нали­чии поверхностных дефектов и обезуглероживания. После дробест­руйной обработки в поверхностных слоях создаются остаточные сжимающие напряжения, что увеличивает выносливость. Предел усталости в результате поверхностного наклепа повышается в 1,5—2 раза.

При легировании рессорно-пружинных сталей кремнием и другими элементами прочность возрастает до = 1300+ -1800 МПа, = 1100-5-1600 МПа при = 5+8 % и = 20+35 %.

Пружины из углеродистых, марганцевых, кремнистых сталей работают при температурах не более 200 °С. При нагреве до 300 °С используют пружины из стали 50ХФА, а при более высоких температурах из более теплостойких сталей: до 500 °С — из стали ЗХ2В8Ф, до 600 °С — из стали Р18.

Для работы в агрессивных средах пружины изготавливают из хромистых коррозионностойких сталей типа 40X13, 95X18 и др. В некоторых случаях для работы в агрессивных средах и в крио­генных условиях целесообразно применение мартенситностаре-ющих сталей.

7. Подшипниковые стали

В процессе работы детали подшипников (шарики, ролики, обоймы) испытывают высокие удельные знакопеременные нагрузки.

Стали для подшипников должны обладать высокой твердостью и износостойкостью в сочетании с высоким пределом контактной усталости. К сталям предъявляют требования по минимальному содержанию неметаллических включений, развитию карбидной неоднородности и пористости, что обусловлено тем, что эти де­фекты, находясь в поверхностном слое, становятся концентра­торами напряжений и вызывают преждевременное усталостное разрушение.

Стали маркируют буквой Ш — подшипниковая, X — хро­мистая и цифрой, указывающей содержание хрома в десятых долях процента. Содержание углерода в подшипниковых сталях составляет около 1 %.

Химический состав подшипниковых сталей приведен в табл. 13.

Термическая обработка состоит из закалки от 830—840 °С в масле и низкого отпуска менее 200 °С. После термообработки твердость должна быть не менее HRC 62.

Сталь ШХ4 обычно используют для изготовления шариков диаметром до 13,5 мм, роликов диаметром до 10 мм, ШХ15 соот­ветственно 22,5 и 15 мм, ШХ15СГ — шариков до 30 мм. При изго-

товлении роликов большего диаметра применяют сталь ШХ20СГ. Подшипники, используемые для работы в агрессивных средах, изготовляют из нержавеющей стали 95X18.

Долговечность сферических подшипников в значительной мере определяется отклонением от сферической формы, приводящим к биениям. Эти отклонения тщательно контролируются.

Здесь на помощь может прийти космическое производство. В невесомости под действием сил поверхностного натяжения порции расплавов получают практически идеальную округлую форму. Кроме того, можно внутрь жидкой капли впрыскивать газ и получать полые шары. Внутри шара под действием тех же поверхностных сил газовый пузырь в невесомости займет цен­тральное положение. Полые шары более выносливы, так как способны упруго деформироваться под нагрузкой без разруше­ния. Их долговечность в 5—8 раз больше, чем сплошных.

В космосе можно изготовлять полые многослойные шары_$ последовательно покрывая сферу разными расплавами.