Требования к рессорно-пружинной стали

Вертикальные ускорения при прохождении вагонами и локомотивами стыков и крестовин стрелок достигают огромных величин: 10—25 g при скорости движения 100 км/ч (g — ускорение силы тяжести). Чем мягче рессорное подвешивание, тем меньше ускорения подрессоренных частей и, следовательно, напряжения в рельсах и деталях подвижного состава при его движении. При хорошей работе рессорного подвешивания долговечность многих деталей подвижного состава увеличивается.

Вот почему требования к пружинному материалу довольно высоки. Применяемая для рессор и пружин кремнистая легированная сталь марок 55С2 и 60С2 обладает пределом прочности 1 300—1 500 н/мм2 (130—150 кг/мм2), что позволяет при расчетах применять допускаемые напряжения до 1 000 н/мм2 (100 кг/мм2), а значит снижать вес деталей, узлов, т. е. экономить металл.

Только достижение расчетных характеристик прочности стали может обеспечить статический прогиб, т. е. прогиб под установленной расчетной нагрузкой — одну из главных характеристик рессоры или пружины.

Углеродистая сталь не может обеспечить высоких значений пределов прочности и упругости. Кроме того, она обладает недостаточной прокаливаемостью, т. е. свойством получать структуру закалки, обладающую высокой прочностью, на больших сечениях, тогда как кремнистая сталь обладает большей прокаливаемостью. Это очень важно, так как позволяет получать однородность упругих и прочностных свойств по сечению даже при закалке в масле (в сечениях не более 25 мм). А при охлаждении в масле по сравнению с закалкой в воде практически не получается закалочных трещин. Углеродистая сталь неудобна при термообработке: уже небольшое повышение температуры нагрева вызывает резкий рост зерна.

Рессоры и пружины не защищены от попадания влаги, поэтому сталь должна быть коррозиеустойчивой. Наличие кремния в стали марок 55С2 и 60С2 несколько увеличивает стойкость против коррозии.

Химический состав этих сталей по сравнению с обычной углеродистой сталью отличается содержанием в них до 2% кремния и около 1 % марганца. Что касается углерода, то его содержание то же самое, что и в углеродистой стали.

По стоимости кремнистая сталь не дороже углеродистой и главное не содержит дефицитных элементов, как другие пружинные стали, например, хромованадиевые. Это обстоятельство очень важно при значительно высоком  спросе и потреблении пружинной стали.

Кремний упрочняет сталь, растворяясь в железе, а марганец повышает прокаливаемость. До недавнего времени считалось, что кремний не влияет на прокаливаемость, но тщательно проведенные исследования показали, что он также увеличивает прокаливаемость стали. То обстоятельство, что кремнистая сталь имеет широкий интервал температур нагрева для закалки, т. е. «не боится» перегрева, важно при термической обработке. Действительно, существенно зерно в этой стали вырастает лишь при нагреве до 1000° С и достаточно большой выдержке.

Рессоры и пружины подвергаются в эксплуатации резким и сильным ударам, поэтому пружинный материал должен обладать высокой ударной вязкостью и пластичностью, которая характеризуется относительными удлинением и сужением в %.

Характер работы рессор и пружин весьма сложен; они испытывают (часто одновременно) и статические, и динамические (ударные), и циклические (переменные) нагрузки с разной частотой. Поэтому рессорно-пружинная сталь должна иметь высокую сопротивляемость явлению усталости, возникающему при приложении переменных по величине нагрузок, т. е. обладать высоким пределом выносливости. Предел выносливости кремнистой стали марки 55С2 доходит до 520 н/мм2 (52 кг/мм2) при знакопеременном изгибе, однако это относится к шлифованным образцам.

Различные дефекты поверхности способны снижать предел выносливости. Следы от испытания на твердость шариком прибора Бринелля, например, приводят к выходу рессорных листов по усталостным изломам, если испытание проводилось на вогнутой поверхности, т. е. там, где при работе рессоры создаются растягивающие напряжения.

Таким образом, рессорно-пружинная сталь должна обладать комплексом высоких разнообразных механических свойств, чтобы обеспечить надежную и долговечную работу рессор и пружин.

Необходимо,  чтобы для стали марок 55С2 и 60С2 предел текучести и прочности принимался не меньше соответственно 120 и 130 кг/мм2.

При всех перечисленных положительных сторонах кремнистая сталь не лишена недостатков, к которым относятся: склонность к образованию дефектов поверхности при прокатке, к обезуглероживанию и графитизации; химическая микронеоднородность; наличие неметаллических включений.

21 Август 2012 Опубликовано в Мастер-класс

Комментирование закрыто.