Автомобильные рессоры, жесткость, виды
Автомобильные рессоры
Автомобильные рессоры работают как пружины. Их задача – работа на изгиб, а не на растяжение – сжатие. Листы изделия обеспечивают жесткость, возвращая нагруженную деталь в исходное состояние. Рессоры – довольно жесткая конструкция, в которой дополнительные листы укрепляют самые нагруженные места.
Это сделано для распределения равномерной нагрузки по всей длине изделия, что крайне важно в условиях российского бездорожья. Автомобильные стремянки служат для крепления рессор к мостам грузовых автомобилей и улучшают жесткость всей конструкции.
Стремянки автомобильные должны соответствовать проектным нагрузкам по толщине и прочности. Материал изделия – высокопрочная сталь, которая не сломается и не будет деформироваться от нагрузок. Резьба краев стремянки и ее изгибы должны формой полностью соответствовать модели автомобиля. При перегрузке рессоры происходит ее разрушение. Поэтому очень важно правильно подобрать изделие для каждого грузовика.
Сталь для автомобильных рессор
Изделия отличаются по расположению отбойников и ограничителя хода для каждой марки и модели авто. По типу изделия бывают:
Весьма популярны автомобили с многолистовыми рессорами, как передними, так и задними. Многое зависит от марки стали в материале изделия. Рессоры изготовляют из стали, которую часто называют «рессорной». Марка стали автомобильных рессор: 50 ХГА, 60С2А, 50ХГФА.
По сути изделия – это готовые полосы, которые подвергают дополнительному отпуску при температуре 290-300°С. Процедура необходима для того, чтобы увеличить упругость и снизить внутреннее напряжение, которое создается при вырезке листов. Листы изделия штампуются, а при необходимости – рихтуются.
Изделия, выполненные из горячекатаных листов углеродистой пружинистой стали должны полностью соответствовать определенным прочностным характеристикам поверхности и отличаться выраженной упругостью.
Жесткость рессор
Как мы уже упоминали, этот показатель характеризует способность возвращаться листы металла в исходное состояние после исчезновения нагрузки. Для авто разного тоннажа, длины базы – это крайне важный параметр. Грамотно выбранная рессорная подвеска придает элементам ходовой части требуемую жесткость и надежность. Трение между листами способствует уменьшению раскачивания автомобиля при движении.
От степени жесткости подвески автомобиля и от упругости рессоры зависит плавность хода автомобиля. Авто-стремянка авто является очень важной частью конструкции, обеспечивающей комфортность и управляемость, потому что соединяет рессору и шасси.
Автомобильные рессоры, жесткость которых правильно подобрана, обеспечивают четкий отклик рулевого колеса на повороты и курсовую устойчивость авто. Упругие элементы подвески в этом случае характеризуются долговечностью даже в неблагоприятных условиях эксплуатации.
Характеристики изделия определяются по целому ряду факторов:
Обычно рессоры можно восстановить. Для этих целей часто заказывается комплект запчастей в сборе, который полностью готов к установке на транспортное средство. Реже приобретается любой из листов рессоры для восстановления поврежденного механизма. В ремонтный набор входят:
Эксплуатационный цикл всех листов рессоры примерно одинаков. Поэтому оптимально заменять узел целиком.
Региональная Металлоторгующая Промышленная Компания
К конструкционным углеродистым или высокоуглеродистым относят сталь рессорно — пружинную. Для придания ей узконаправленных свойств легируется в небольших количествах 2-3 элементами, в общей сумме до 2,5 %. Но применение этих марок сталей не ограничивается только изготовлением пружин. Называют эту группу так, из-за того, что название это наиболее сильно отражает их главную особенность — упругость.
Характеристики пружинных сталей
Пружинные стали характеризуются повышенным пределом текучести (δВ) и упругости. Это важнейшая характеристика металла — выдерживать механические нагрузки без изменений своей первоначальной формы. Т.е. металл, подвергающийся растяжению или наоборот сжатию (упругой деформации), после снятия с него действующих сил, должен оставаться в первоначальной форме (без остаточной деформации).
Марки и область применения пружинной стали
По наличию дополнительных свойств пружинная сталь подразделяется на легированную (нержавеющую) и углеродистую. За основу легированной стали берется углеродистая с содержанием С 65-85 % и легируется 4 основными элементами, всеми или выборочно, каждый из которых вносит свои особенности:
Хром — при концентрации более 13 % работает на обеспечение коррозионной стойкости металла. При концентрации хрома около 30 % изделие может работать в агрессивных средах: кислотной (кроме серной кислоты), щелочной, водной. Коррозионная пружинная сталь всегда легируется вторым сопутствующим элементом — вольфрамом и/ или марганцем. Рабочая t до 250 °C.
Вольфрам — тугоплавкое вещество. При попадании его порошка в расплав, образует многочисленные центры кристаллизации, измельчая зерно, что приводит к повышению пластичности без потери прочности. Это привносит свои плюсы: качество такой структуры остается очень высоким при нагреве и интенсивном истирании поверхности. При термической обработке этот элемент сохраняет мелкозернистую структуру, исключает разупрочнение стали при нагреве (в процессе эксплуатации) и дислокацию. Во время закалки увеличивает прокаливаемость, в результате чего структура получает однородность на большую глубину, что в свою очередь увеличивает эксплуатационный срок изделия.
Марганец и кремний — обычно участвуют в легировании обоюдно, причем соотношение всегда увеличивается в пользу марганца, примерно до 1,5 раз. Т. е. если содержание кремния 1 %, то марганец добавляется в количестве 1,1-1,5 %.
Тугоплавкий кремний является не карбидообразующим элементом. При попадании его в расплав одним из первых принимает участие в кристаллизации, выталкивая при этом карбиды углерода к границам зерен, что соответственно приводит к упрочнению металла.
Марганец можно назвать стабилизатором структуры. Одновременно искажая решетку металла и упрочняя его, марганец устраняет излишнюю прочность кремния.
В некоторые марки сталей (при работе изделия в высокотемпературных условиях, при t выше 300 ºC) в сталь присаживают никель. Он исключает образование карбидов хрома по границам зерен, которые приводят к разрушению матрицы.
Ванадий также может являться легирующим элементом, его функция похожа на действие вольфрама.
В пружинных марках оговаривается такой элемент как медь, содержание ее не должно превышать 0,15 %. Т. к. являясь легкоплавким веществом, медь концентрируется на границах зерен, снижая прочность.
Марки такой стали используются для изготовления не только пружин и рессор, хотя это основное их назначение, которое характеризует основное свойство. Их применяют везде, где есть необходимость предать изделию упругость, одновременно пластичность и прочность. Все детали, которые изготавливают из этих марок, подвержены: растяжению и сжатию. Многие их них испытывают нагрузки, периодически сменяющие друг друга, причем с огромной циклической частотой. Это:
Тоже касается и шестерней, фланцев, шайб, цанг и т. д.
Марки стали по ГОСТу 14959–79
Это стали с высоким содержанием углерода, но с малым легированием. Госстандарт 14959 обозначает – легированный сплав следующих марок:
Маркировка
Пружинно-рессорные стали можно сгруппировать по позициям:
Маркировка пружинных сталей проводиться следующим образом. Разберем на примере 60С2ХФА:
Свойства рессорно-пружинной стали
Основными характеристиками для данного вида сталей является высокое сопротивление упругим деформациям и низкий коэффициент остаточного растяжения. Это связано с недопустимостью увеличения или уменьшения конструкционного размера пружины.
Хороших конструкционных и эксплуатационных свойств добиваются, протягивая заранее патентированную проволоку при низких температурах, при этом производят сильную обтяжку материала.
Процесс патентирования ведется в промежутке между двумя вытяжками, сталь нагревают выше температурной точки образования аустенита и затем охлаждают в ванне с расплавом свинца, при этом аустенит переходит в тонкопластинчатый сорбит и увеличивается её механическая прочность.
Для достижения одинаковых физико-химических свойств по всему сечению материала пружинная сталь должна пройти процесс прокаливания сквозной методикой, это обеспечит гомогенную структуру по всему сечению. Особенно важен этот метод для изготовления рессор и пружин большого диаметра, когда неравномерность свойств исходного материала может привести к разрушению готового изделия.
Как для любого другого материала, для рессорно-пружинной стали характерно наличие в составе углерода. В данном случае его содержание может колебаться в пределе 0.50-0.80 % от массы сплава. Дополнительно используют такие легирующие добавки:
Микроструктура рессорно-пружинной стали
Стоит заметить, что хром и марганец при совместном легировании увеличивают сопротивление стали низким пластичным деформациям. Никель и вольфрам образуют тонкую и однородную структуру карбидной фракции, которая препятствует дислокации.
Рессорно-пружинная сталь очень критична к деформациям наружного слоя материала, так как эти напряжения являются концентраторами возможных дефектов готового изделия.
Закалка данного типа производится при температурах 850 – 880 оС, но после такой термической обработки сталь проявляет слабые упругие свойства из-за образования мартенсита, для повышения данного типа свойств её отпускают при температурах порядка 420-510 оС, что способствует образованию троостита и повышению упругой деформации сплава до предела прочности 1200-1900 МПа и пределу текучести 1100-1200 МПа. При этом проведение закалки изотермически – при постоянной температуре – положительно сказывается на показателях пластичности и вязкости материала.
Стали данного типа обладают хорошими антикоррозионными свойствами из-за наличия в составе сплава таких легирующих добавок как хром и молибден. Это положительно сказывается на длительности эксплуатации и препятствует образованию трещин во время работы.
Стоит отметить так же несколько основных недостатков рессорно-пружинной стали:
Производство
В зависимости от дальнейшей обработки и окончательно вида детали, сталь поставляется в листах, проволоке, шестигранниках, квадратах. Высокие эксплуатационные качества изделия обеспечиваются 2 составляющими:
При растягивании пружины, внутренние и наружные стороны витков испытывают различные степени нагрузки: внешние меньше подвержены растяжению, в то время как внутренние испытывают наибольшую степень деформации. Тоже касается и концов пружины: они служат местом крепления, что увеличивает нагрузку в этих и граничащих местах. Поэтому разработаны марки стали, которые предпочтительно используются на сжатие либо растяжение.
Для чего вырабатывают пружинный сплав?
Для выработки деталей могут использовать как легированную сталь, так и углеродистую, они обладают повышенной упругостью, вязкостью, выносливостью и пластичностью. Благодаря свойствам этих видов стали ограничивается упругая деструкция.
Рессорно-пружинные стали доступные, технологичные, имеющие высокий предел релаксационной стойкости.
Интересно: для получения качественных изделий из углеродистой и легированной стали ее закаливают при температуре 420-520 градусов, при этом получается эффект структуры троостита.
Рессорно-пружинные стали сопротивляются непрочному разрушению, и отличаются повышенной пластичностью. Их применяют для выработки изделий с высокой стойкостью к износу, например:
Термомеханическая обработка
Все без исключения пружинные стали повергаются термомеханической обработке. После нее прочность и износостойкость способна увеличиться в 2 раза. Форму изделию придают в отожженном состоянии, когда сталь имеет максимально возможную мягкость, после чего нагревают до 830-870 С и охлаждают в масляной или водной среде (только для марки 60 СА). Полученный мартенсит отпускают при температуре 480 ºC.
Все требования и рекомендации к этому виду стали описаны в ГОСТ 14959-79. На их основании предприятием разрабатываются более детальные технологические листы, которые отвечают узким параметрам.
Рейтинг: 0/5 — 0 голосов
Специфики пружинных сплавов
Высоко- и среднеуглеродистые виды этих сплавов упрочняются путем тонкой хладной деструкции, допускающей внедрение дробеструйных и гидроабразивных способов. При данном виде воздействия усилия остаточного сжатия наводят на плоскость изделий.
Фактически любая рессорная сталь (некорродирующая, без особых противокоррозионных свойств) должна пройти операцию сильного накаливания по сквозистой методике. Поэтому готовая металлопродукция по своему разрезу будет обладать структурой троостита.
Масленое закаливание при температуре 830–880 градусов, совмещаемая с отпуском при 410–480 градусах гарантирует повышения рубежа упругости – главнейшего рабочего свойства вышеперечисленных сталей. Зачастую употребляется и изотермическое закаливание, обеспечивающее не только высокую упругость, но еще и увеличенные данные пластичности, стабильности и вязкости вещества.
Некорродирующая лента и проволока из сплавов 70 и 65 в наибольшей степени часто употребляются для создания машинных пружин. В автотранспортной сфере также динамично используются кремниевые рессорные стали марки пружинной прокатки – 60С2А, 70С3А и 55С2. Они предрасположены к обезуглероживанию, что понижает характеристики их упругости и выносливости. Но за счет присадок хрома, ванадия и определенных составляющих все эти возможные опасности нивелируются.
Сферы применения рессорной прокатки самых ходовых марок стали:
В завершение немного о недостатках
К конструкционным углеродистым или высокоуглеродистым относят сталь рессорно — пружинную. Для придания ей узконаправленных свойств легируется в небольших количествах 2-3 элементами, в общей сумме до 2,5 %. Но применение этих марок сталей не ограничивается только изготовлением пружин. Называют эту группу так, из-за того, что название это наиболее сильно отражает их главную особенность — упругость.
Выбор стали для рессор больших грузовых автомашин
Общие технические условия листовых рессор большого автотранспорта: основные параметры и размеры, технические требования, виды контроля и испытаний. Характеристика и анализ рессорных сталей: углеродистые качественные и легированные стали, их использование.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.05.2015 |
| Размер файла | 318,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РФ
Кузбасская государственная педагогическая академия
Выбор стали для рессор больших грузовых автомашин
2 курса группы ТП 10-02
Глава 1. Общие технические условия листовых рессор большого автотранспорта
1.1 Основные параметры и размеры
1.2 Технические требования
1.3 Виды контроля и испытаний
Глава 2. Характеристика и анализ рессорных сталей
2.1 Углеродистые качественные стали
2.2 Легированные стали
Глава 3.Практическая часть
Рессора для грузовых автомобилей, как деталь, гораздо старше не только грузовиков, но и автомобилей в целом. Она активно применялась ещё в гужевом транспорте, и с тех пор принципиально не изменилась.
Глава 1. Общие технические условия листовых рессор большого автотранспорта
Рессоры для грузовиков бывают однолистовыми, малолистовыми и многолистовыми. Для машин, наиболее популярных в России, более свойственны многолистовые рессоры, передняя рессора и задняя рессора. Смысл такой конструкции состоит в том, что дополнительными листами укрепляются наиболее нагруженные участки, и на рессору по всей длине действует относительно равномерное напряжение. Конструкция получается достаточно жесткая, все листы оказываются в равных условиях (что особенно важно на неровной дороге), и они все прослужат одинаковое время. К тому же, в связи с трением листов друг о друга уменьшается раскачка грузовика. Но, нужно отметить, что современные европейские и американские автопроизводители предпочитают идти немного другим путем, вводя дополнительные рессоры или усложняя конструкцию опор. Так что вопрос оптимальной конструкции рессор ещё не закрыт и остается спорным.
Для изготовления листов для рессор применяют горячекатаные листы из углеродистой пружинной стали. Такой материал обладает достаточной прочностью, упругостью и характеристиками поверхности. Требуемая форма придается путем штамповки (на большом производстве) или рихтовкой. После гибки, необходима соответствующая термообработка и желательно дополнительное упрочнение поверхности (например, дробеструйная обработка). Поперечное сечение листа обычно выбирается трапециевидным, со скругленными кромками. Достаточно распространены уникальные сечения, разработанные и спроектированные различными производителями. Вообще, технические достижения последних десятилетий открывают новые горизонты перед проектировщиками и производителями рессор, и многочисленные опытные работы ведутся. Но в силу массовости производства, эта область остается достаточно консервативной.
1.1 Основные параметры и размеры рессор, которые указывают в конструкторской документации (КД)
-контрольная нагрузка (рекомендуется равная статической) Рk, даН (рисунок 1);
-нагрузка при осадке Рос, даН или деформации при осадке Fос, мм;
-стрела выгиба под контрольной нагрузкой Нk мм;
-жесткость рессоры при контрольной нагрузке С, даН*см-1;
-длина рессоры L, L’, мм (рисунок 1);
-длина переднего конца рессоры (для несимметричных рессор) LA, мм;
-твердость листов после термообработки, НВ.
-ширина рессоры b, мм (рисунок 1);
-ширина концов рессоры, мм;
-высота пакета Т, мм (рисунок 1);
-стрела выгиба рессоры при отсутствии нагрузки Нo, мм,
-прогиб под контрольной нагрузкой fk, мм;
-прогиб под нагрузкой осадки fос, мм.
1.2 Технические требования
Готовые рессоры и их элементы должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и изготовляться по КД, утвержденной в установленном порядке. Рессоры должны изготовляться из горячекатаной рессорно-пружинной стали по ГОСТ 14959 или техническим условиям (ТУ), на сталь, утверждённым в установленном порядке. Рекомендуется применять ванадийсодержащие стали.
Листы малолистовых рессор рекомендуется изготовлять из проката с закругленными кромками по ГОСТ 7419.
Устанавливают два класса рессор:
-из полосы проката повышенной точности высококачественной рессорно-пружинной стали для рессор легковых автомобилей, автобусов, троллейбусов;
-из полосы проката обычной или повышенной точности для рессор грузовых автомобилей, прицепов и полуприцепов
Поверхности термически обработанных листов, в том числе их ребровые стороны, кромки концов листов, кромки отверстий, пробиваемых в листах, должны быть без расслоений, трещин, раковин, холодных забоин, насечек и подрезов в местах механической обработки листов и других дефектов механического или металлургического происхождения, снижающих долговечность рессоры.
Глубина общего обезуглероженного слоя (феррит + переходная зона) термически обработанных листов не должна превышать допустимой по ГОСТ 14959 глубины обезуглероженного слоя рессорного проката до термообработки. Допускается увеличение глубины обезуглероженного слоя в местах, подвергаемых вторичному нагреву. Для листов из ванадийсодержащих сталей допускается снижение содержания углерода в поверхностном слое (1,5 % толщины листа) не более чем на 20 % содержания его в сердцевине и содержание тонкозернистого отпущенного мартенсита или тросто-мартенсита не менее 80 %.
На каждую рессору наносят:
-товарный знак предприятия-изготовителя;
-клеймо технического контроля;
-обозначение размерной группы (при наличии);
-дату выпуска (месяц и год);
-знак соответствия (при поставках в качестве запасных частей) по ГОСТ Р. 50460.
1.3 Виды контроля и испытаний
Рессоры подвергают следующим видам контроля и испытаний:
· определительным и периодическим ресурсным стендовым испытаниям;
· входному контролю качества.
Приемочный контроль на соответствие требованиям настоящего стандарта и КД
Сплошным контролем проверяют комплектность, правильность сборки, качество стопорения резьбовых соединений, отсутствие механических повреждений, состояние защитного покрытия и наличие смазки.
Выборочным контролем проверяют линейные размеры, твердость листов, толщину обезуглероженного слоя, качество поверхностного упрочнения (дробеструйный наклеп и др.) и деформацию при контрольной осадке, перпендикулярность оси ушка рессоры с запрессованной втулкой продольной оси рессоры в поперечном направлении, зазоры между листами. Объем выборки устанавливают в КД на конкретные рессоры.
Объем и периодичность определительных и периодических ресурсных стендовых испытаний приведены в приложении В.
При проведении сертификационных испытаний предъявляют рессоры одного типоразмера в количестве не менее 3 шт. и КД.
Рессоры подвергают наружному осмотру и контролируют размеры и нагрузочные характеристики. При этом проверяют следующие геометрические размеры:
-длину рессоры и переднего конца (для несимметричных рессор)
-смещение листов в средней части и по концам
-зазоры между листами и по концам листов
Определяют следующие нагрузочные характеристики:
· стрелы выгиба рессоры под контрольной нагрузкой
В случае несоответствия требованиям настоящего стандарта хотя бы одной рессоры из числа отобранных для проверки рессор проводят повторную проверку на удвоенном количестве рессор из контролируемой партии. Результаты повторной проверки являются окончательными и распространяются на всю партию.
Глава 2. Характеристика и анализ рессорных сталей
ГОСТ 14959-79 распространяется на горячекатаный и кованый сортовой прокат диаметром или толщиной до 250 мм, а также на прокат калиброванный и со специальной отделкой поверхности.
Стандарт классифицирует прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали по способу обработки, химическому составу и другим признакам.
По способу обработки прокат подразделяют на: горячекатаный и кованый со специальной отделкой поверхности, горячекатаный круглый с обточенной или шлифованной поверхностью.
Свойства, технические требования, термическая обработка, назначение.
Углеродистая рессорно-пружинная сталь более дешёвая, чем легированная, но отличается низкой коррозионной стойкостью и малой прокаливаемостью. Её используют лишь для изготовления пружин небольшого сечения. Легирование стали (кремнием, марганцем, хромом, а для деталей особо ответственного назначения также никелем, ванадием, вольфрамом) повышает прочностные свойства, прокаливаемость, предел выносливости и релаксационную стойкость.
В процессе релаксации часть упругой деформации переходит в пластическую (остаточную), поэтому пружины и рессоры с течением времени могут терять свои упругие свойства. Легированные стали, имея повышенную релаксационную стойкость, обеспечивают более надёжную работу машин, приборов, автоматов, чем углеродистые.
На предел выносливости рессорно-пружинной стали влияет состояние поверхности проката, так как наружные дефекты могут служить концентраторами напряжений и причиной образования усталостных трещин. Поэтому к качеству поверхности проката предъявляют повышенные требования. Так, например, на поверхности прутков, полос и мотков, предназначенных для горячей обработки и холодного волочения, не должно быть раскатанных пузырей, прокатных плен, закатов, раскатанных и раскованных загрязнений и трещин. Обезуглероживание поверхности также снижает усталостную прочность стали, поэтому глубина обезуглероженного слоя сталей регламентируется.
Высокие требования предъявляются также к макроструктуре стали: на изломах или на протравленных поперечных темплетах не должно быть остатков усадочнойаковины, рыхлости, пузырей, расслоений, трещин и других пороков.
Следует заметить, что упругие и прочностные свойства стали повышаются при применении изотермической закалки вместо обычной. Предел выносливости, а следовательно, и срок службы пружин и рессор может быть повышен дробеструйной и гидроабразивной обработкой (поверхностным наклепом).
2.1 Углеродистые качественные стали
Углеродистые качественные стали с содержанием углерода до 0,3% характеризуются сравнительно невысокой прочностью при большой пластичности и вязкости. Марки этих сталей частично используются для изготовления цементуемых деталей и широко применяются для изготовления деталей, не подвергающихся термообработке. Эти стали хорошо куются и свариваются. Углеродистые качественные стали с содержанием углерода 0,3—0,5% и свыше отмечаются повышенной прочностью, относительно меньшей вязкостью, а также хорошей свариваемостью при содержании углерода 0,3—0,4%, умеренной— при 0,4—0,5% и низкой при содержании углерода свыше 0,5%. Стали этих марок хорошо куются и для получения высоких механических свойств подвергаются обычно улучшению.
Стали марганцовистых марок обладают повышенной прочностью и износоустойчивостью при одинаковом содержании штамповкой и пр. (детали кузова автомашины, тяги, вилки, трубки, прокладки, шайбы и пр.).
Марки стали 15Г, 20Г используются как для цементируемых, так и для не цементируемых изделий (кулачковые валы, поршневые пальцы, зубчатые колеса, тяги рулевого управления, крылья вентиляторов и др.).
Стали 30 и 35,обладают значительной прочностью и относительно высокой вязкостью и используются как для деталей, не подвергающихся термической обработке, так и для улучшенных (кованые и штампованные валы, оси, тяги, серьги, станины станков и пр.).
Стали марок 40, 45, 40Г и 45Г являются лучшими углеродистыми конструкционными сталями, обладающими высокой прочностью и хорошей вязкостью. Из этих сталей изготовляют детали, воспринимающие ударные нагрузки (коленчатые валы, шатуны, зубчатые колеса, болты, шпильки, валы и др.).
Стали 50, 55, 60 и 50Г обладают повышенной прочностью и упругостью. Из них изготовляют прокатные валки, эксцентрики, бандажи, шпиндели, пружины амортизаюров, диски главного сцепления автомобилей и др. Применяются они после закалки и отпуска, а также после нормализации.
Стали 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г и 70Г характеризуются высокой прочностью, твердостью и износоустойчивостью, применяются в основном для пружин, рессор, плужных лемехов, дисков посевных и почвообрабатывающих машин, лап культиваторов и т. п.
2.2 Легированные стали
Это стали в состав которых помимо углерода и примесей целенаправленно вводят один или несколько легирующих элементов для обеспечения требуемой прочности, пластичности, вязкости и др. технологических и эксплутационных свойств. Легирование производится с целью изменения механических свойств (прочности, пластичности, вязкости), физических свойств (электропроводности, магнитных характеристик, радиационной стойкости) и химических свойств (коррозионной стойкости).
Область применения к легированной стали очень велика. Применение легированной стали экономит металл, повышает долговечность изделий.
По назначению легированные стали делятся на группы: конструкционная, инструментальная и сталь с особыми физическими и химическими свойствами.
Легирующий элемент это элемент, специально вводимый в сталь для изменения ее строения и свойств. Концентрация легирующих элементов может быть различной, в т.ч. и очень малой. Когда концентрация элемента составляет менее 0,1% легирование стали принято называть микролегированием.
Маркировка легированных сталей.
Для обозначения марок разработана буквенно-цифровая система маркировки легированных сталей. Каждая марка стали содержит определенное сочетание букв и цифр.
Легирующие элементы обозначают следующими буквами русского алфавита:
Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Если содержание легирующего элемента больше 1 %, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если содержание легирующего элемента около 1 % или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.
В инструментальных сталях в начале обозначения марки стали ставится цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента. Начальную цифру опускают, если содержание углерода около 1 % или более.
Глава 3. Практическая часть
№ 347. Рессоры трехтонного грузового автомобиля изготовляются из листов стали 60С2толщиной 10 мм, которые после закалки и отпуска должны получить высокую прочность по всему сечению. Для автомобиля большей грузоподъемности рессоры должны быть толщиной 20 мм, и тогда в стали 60С2 уже нельзя обеспечить равномерного упрочнения по всему сечению.
Рекомендовать марку стали для подобных рессор и режим термической обработки, позволяющий получить высокую прочность по всему сечению.
Сталь 60С2 относится к широко используемым дешевым сталям для изготовления упругих элементов сечением до 20 мм. Эта сталь обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемой атмосфере.
Указанный режим термической обработки (рис.1) обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):
HB 390. 480 после отпуска при 460 °С (HRC 40. 50)
Структурные превращения при термической обработке.
Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем (наимень-шая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечи-вает получение мелкозернистого мартенсита.
Рассмотрим превращения, происходящие в стали 50ХФА при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электро-печи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до тем-пературы А1 (750°С для стали 50ХФА). При температуре А1 в стали происходит пре-вращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна): аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процес-са: полиморфный переход и растворение цементита в аустените.
Представим общую схему превращения:
Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получение гомогенного аустенита.
Из рис.2 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали.
Рис.2. Схема структурных превращений в стали при нагреве
При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а, следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.
Изменения структуры стали при закалки в масло. При непрерывном охлаждении в стали с аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000. 7000 м/с) в интервале температур Мн. Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются.
Введение легирующих элементов также изменяет положение точек МН и Мк. Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 60С2А ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.
Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.
Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышение твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.
Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (470°С).
Нагрев закаленной стали до температуры А1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 60с2 после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.
Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200. 260°С (300°С) и состоит из следующих этапов:
1) превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;
3) снижение остаточных напряжений;
4) некоторое увеличение объема, связанное с переходом Аост Мотп.
Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300. 400 оС. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400°С активизирует процесс коалес-ценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито- цементититной смеси.
Структуру стали после низкого отпуска (до 250°С) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска
В стали 60с2 после полной закалки в масле и среднего отпуска при 470°С образуется структура троостита отпуска.
