К материалам с высокими упругими свойствами относятся пружинные стали и сплавы.

В промышленности используются разнообразные пружинные стали и сплавы, так как условия службы изготовляемых из них упругих элементов (пружин, рессор, мембран, сильфонов и др.) различны. Независимо от условий применения пружинные сплавы должны иметь определенные, характерные для всех конструкционных сплавов, свойства - высокую прочность в условиях статического, циклического или динамического нагружения, достаточную пластичность и вязкость, а также высокое сопротивление разрушению.

Однако основным свойством, которым должны обладать пружинные стали и сплавы, является высокое сопротивление малым пластическим деформациям как в условиях кратковременного (предел упругости), так и длительного (релаксационная стойкость) нагружения, зависящее от состава и структуры этих материалов, а также от параметров воздействия на них внешних условий - температуры, коррозионной активности внешней среды и др. Между сопротивлением малым пластическим деформациям и пределом выносливости во многих случаях существует корреляционная связь. Установлена также связь между сопротивлением малым пластическим деформациям и степенью развития таких неупругих эффектов, как амплитудно-зависимое внутреннее трение, упругое последействие (прямое и обратное) и упругий гистере-

8ИС.

Таким образом, сопротивление малым пластическим деформациям определяет весь комплекс основных свойств пружинных сталей и сплавов.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРУЖИННЫХ СПЛАВОВ ПО ОСНОВНЫМ СПОСОБАМ УПРОЧНЕНИЯ

К сплавам, упрочняемым холодной пластической деформацией и последу: ющим отпуском или низкотемпературным отжигом, относятся углеродистые и легированные стали перлитного класса с повышенным содержанием углерода (0,4-1,0 %), а также низкоуглеродистые стали аустенитного класса, подвергаемые упрочнению холодной пластической деформацией (после предварительной термической обработки), затем дополнительному отпуску. В первую группу также входят сплавы меди (однофазные латуни, бронзы), молибдена и рения, ниобия и др.

Характерной особенностью всех сплавов рассматриваемой группы является анизотропия упругих свойств резко выраженная в деформированном состоянии, но уменьшающаяся после отпуска (или при дорекристаллиза-ционном отжиге) в результате перераспределения напряжений и дислокаций.

К сплавам, упрочняемым в результате мартенситного превращения, относятся углеродистые и легированные стали. Эти стали упрочняются в результате мартенситного превращения при закалке, в том числе совмещенной с различными видами термомеханической обработки - высокотемпературной (ВТМО) или низкотемпературной (НТМО) или в процессе холодной пластической деформации, как, например, в сталях переходного аустенитно-мар-тенситного класса.

Максимум сопротивления малым пластическим деформациям стали и сплавы этой группы приобретают после дополнительного отпуска (старения)

В Процессе которого помимо изменения структурного или фазового состояния уменьшается уровень внутренних напряжений.

К сплавам, упрочняемым в результате дисперсионного твердения (старения), относятся мартенситно-старею-щие стали, аустенитные дисперсион-но-твердеющие сплавы, бериллиевые бронзы и т. п., упрочнение которых является следствием выделения дисперсных частиц избыточных фаз из пересыщенного в результате закалки твердого раствора при последующем старении (или отпуске). Максимальное упрочнение этих сталей и сплавов достигается в случае использования термомеханической обработки по следующей технологической схеме: закалка, холодная пластическая деформация и старение (отпуск).

Наиболее перспективным направлением для получения высоких прочностных свойств у существующих сплавов и для создания новых высокопрочных пружинных сплавов является совмещение в каждом из них нескольких структурных механизмов упрочнения. В этом случае классификация даже по основным для каждой группы сплавов методам упрочнения теряет свою определенность и становится слишком сложной и в то же время недостаточно четкой. Поэтому более целесообразно классифицировать пружинные сплавы по назначению.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРУЖИННЫХ СПЛАВОВ ПО НАЗНАЧЕНИЮ

Лружинные сплавы общего назначения относятся к классу конструкционных материалов, и поэтому они должны в первую очередь обладать высокими пределами прочности, упругости, выносливости, релаксационной стойкостью и сопротивлением разрушению.

Пружинные сплавы специального назначения наряду с повышенными механическими свойствами должны иметь определенные физико-химические и физические свойства, требова-

ния к которым изменяются в зависимости от условий эксплуатации соответствующих упругих элементов. В частности, к этим сплавам могут предъявляться требования повышенной коррозионной стойкости, немагнитности, малого удельного электрического сопротивления и др.

Пружинные сплавы общего назначения. К этим сплавам относятся преимущественно углеродистые и легированные стали, главным образом перлитного класса, и лишь в ограниченной степени мартенситного класса (табл. 1). У этих сталей обычно повышенное содержание углерода (0,4- 1,2 %), что и определяет высокую степень их упрочнения в результате холодной пластической деформации или мартенситного превращения при закалке.

Углеродистые пружинные стали 65, 70, 75, 80, 85, У9А, У10А, У ПА, У12А отличаются низкой коррозионной стойкостью, сравнительно высоким температурным коэффициентом модуля упругости й сниженной релаксационной стойкостью даже при небольшом нагреве. Поэтому они непригодны для работы при температурах выше 100 °С. Кроме того, углеродистая сталь имеет малую прокали-ваемость и поэтому ее можно применять лишь для изготовления пружин малого сечения. При закалке, когда необходимо охлаждение пружин в воде, неизбежно наблюдается значительная их деформация, а при очень сложных конфигурациях могут возникать трещины.

Легированные пружинные стали отличаются более высокой релаксационной стойкостью, чем углеродистые, и, кроме того, позволяют получать высокие прочностные свойства (в том числе и предел упругости) в сочетании с повышенной вязкостью и сопротивлением хрупкому разрушению в упругих элементах повышенного сечения. Возможность закалки пружин и других упругих элементов из некоторых более высоколегированных пружинных сталей на воздухе также позволяет сильно уменьшить зональные остаточные напряжения, что повышает стабильность характеристик изделий во времени.

1. Химический состав (мае. доля, %) и применение легированшлх пружинных сталей общего назначения (ГОСТ 14959-79)