Chemische Zusammensetzung von Federstahl. Klassifizierung von Federstählen

Baustahl aus Kohlenstoff oder Kohlenstoffstahl umfasst Federstahl. Um ihm gezielte Eigenschaften zu verleihen, wird es in kleinen Mengen mit 2-3 Elementen dotiert, insgesamt bis zu 2,5 %. Der Einsatz dieser Stahlsorten beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Herstellung von Federn. Diese Gruppe wird so genannt, weil der Name sie am stärksten widerspiegelt Hauptmerkmal— Elastizität.

Eigenschaften von Federstählen

Federstähle zeichnen sich durch eine erhöhte Streckgrenze (δ B) und Elastizität aus. Das wichtigstes Merkmal Metall – hält mechanischen Belastungen stand, ohne seine ursprüngliche Form zu verändern. Diese. Metall, das nach dem Entfernen einer Spannung oder umgekehrt einer Kompression (elastische Verformung) ausgesetzt ist aktive Kräfte, muss in seiner ursprünglichen Form bleiben (ohne bleibende Verformung).

Arten und Umfang von Federstahl

Aufgrund der zusätzlichen Eigenschaften wird Federstahl in Legierung (rostfrei) und Kohlenstoff unterteilt. Legierter Stahl basiert auf Kohlenstoffstahl mit einem C-Gehalt von 65–85 % und ist mit 4 Hauptelementen, alle oder selektiv, legiert, von denen jedes seine eigenen Eigenschaften mit sich bringt:

1. Chrom;
2. Mangan;
3. Silizium;
4. Wolfram.

Chrom – sorgt in einer Konzentration von mehr als 13 % für die Korrosionsbeständigkeit des Metalls. Bei einer Chromkonzentration von ca. 30 % ist das Produkt einarbeitsfähig aggressive Umgebungen: sauer (außer Schwefelsäure), alkalisch, wässrig. Korrosionsfederstahl wird immer mit einem zweiten Begleitelement legiert – Wolfram und/oder Mangan. Betriebstemperatur bis 250 °C.

Wolfram ist ein feuerfester Stoff. Wenn sein Pulver in die Schmelze gelangt, bildet es zahlreiche Kristallisationszentren, wodurch das Korn zerkleinert wird, was zu einer erhöhten Plastizität ohne Festigkeitsverlust führt. Dies bringt seine Vorteile mit sich: Die Qualität einer solchen Struktur bleibt bei Erwärmung und starkem Abrieb der Oberfläche sehr hoch. Während der Wärmebehandlung behält dieses Element seine feinkörnige Struktur und verhindert ein Erweichen des Stahls beim Erhitzen (während des Betriebs) und eine Verschiebung. Beim Aushärten erhöht es die Härtbarkeit, wodurch das Gefüge bis in die Tiefe homogener wird, was wiederum die Lebensdauer des Produkts erhöht.

Normalerweise nehmen Mangan und Silizium an der gegenseitigen Dotierung teil, und das Verhältnis steigt immer zugunsten von Mangan, bis etwa zum 1,5-fachen. Das heißt, wenn der Siliziumgehalt 1 % beträgt, wird Mangan in einer Menge von 1,1–1,5 % zugesetzt.

Feuerfestes Silizium ist ein nicht karbidbildendes Element. Wenn es in die Schmelze gelangt, nimmt es als eines der ersten an der Kristallisation teil und drückt Kohlenstoffkarbide an die Korngrenzen, was entsprechend zu einer Verfestigung des Metalls führt.

Mangan kann als Strukturstabilisator bezeichnet werden. Durch die gleichzeitige Verzerrung und Stärkung des Metallgitters beseitigt Mangan die übermäßige Festigkeit von Silizium.

Bei einigen Stahlsorten (wenn das Produkt unter Hochtemperaturbedingungen betrieben wird, bei Temperaturen über 300 °C) wird dem Stahl Nickel zugesetzt. Es verhindert die Bildung von Chromkarbiden entlang der Korngrenzen, die zur Zerstörung der Matrix führen.

Auch Vanadium kann ein Legierungselement sein, seine Funktion ähnelt der von Wolfram.

Federmarken geben ein Element wie Kupfer an; sein Gehalt sollte 0,15 % nicht überschreiten. Da Kupfer ein niedrig schmelzender Stoff ist, konzentriert es sich an den Korngrenzen und verringert so die Festigkeit.

ZU Frühlingsmarken umfassen: 50HG, 3K-7, 65G, 65GA, 50HGFA, 50HFA, 51HFA, 50HSA, 55S2, 55S2A, 55S2GF, 55HGR, 60G, 60S2, 60S2A, 605, 70, 70G, 75, 80, 85, 0S2HA, 60S2HFA, 65S2VA, 68A, 68GA, 70G2, 70S2HA, 70S3A, 70HGFA, SH, SL, SM, DM, DN, KT-2.

Solche Stahlsorten werden nicht nur für die Herstellung von Federn und Blattfedern verwendet, obwohl dies ihr Hauptzweck ist, der die Haupteigenschaft charakterisiert. Sie werden überall dort eingesetzt, wo es darum geht, dem Produkt gleichzeitig Elastizität, Duktilität und Festigkeit zu verleihen. Alle aus diesen Güten hergestellten Teile unterliegen Zug und Druck. Viele von ihnen sind Belastungen ausgesetzt, die sich regelmäßig und mit großer zyklischer Häufigkeit gegenseitig ersetzen. Das:

• Lagergehäuse, die an jedem Punkt mit hoher Frequenz Druck und Spannung erfahren;
• Reibscheiben, die dynamischen Belastungen und Kompression ausgesetzt sind;
• Anlaufscheiben unterliegen meist Druckbelastungen, es kann aber auch eine starke Spannungsänderung hinzukommen;
• Bremsbänder, für welche eines von Hauptaufgaben ist die Elastizität bei wiederholter Dehnung. Aufgrund dieser Dynamik zunehmender Alterung und Abnutzung ist festerer Stahl (mit geringerer Elastizität) anfällig für schnelle Alterung und plötzliches Versagen.

Gleiches gilt für Zahnräder, Flansche, Unterlegscheiben, Spannzangen usw.

Markierung

Federstähle können nach Position gruppiert werden:

• unlegiert mit einem Kohlenstoffgehalt von 65-85 % – preiswerter Allzweckstahl;
• Mangan-Silizium – das billigste mit hohen physikalischen und chemischen Eigenschaften;
• Chrom-Mangan – Edelstahl, funktioniert in aggressiven Umgebungen bei t -250 +250 °C;
• zusätzlich legiert und/oder Wolfram, Vanadium, Bor – es handelt sich um Stähle mit erhöhter Lebensdauer aufgrund ihres homogenen Gefüges, einem hervorragenden Verhältnis von Festigkeit und Duktilität durch zerkleinerte Körner und hoher mechanischer Belastbarkeit. Sie werden beispielsweise für den Schienenverkehr eingesetzt.

Die Kennzeichnung von Federstählen erfolgt wie folgt. Schauen wir uns das Beispiel von 60S2HFA an:

• 60 – Kohlenstoffanteil in Zehnteln (Kohlenstoff wird nicht in einem Buchstabenwert angegeben);
• C2 – Buchstabenbezeichnung von Silizium mit Index 2, weist auf eine Verdoppelung des Standardgehalts (1-1,5 %) hin;
• X – Vorhandensein von Chrom bis zu 0,9–1 %;
• F – Wolframgehalt bis zu 1 %;
• A – der hinzugefügte Buchstabenindex A am Ende der Kennzeichnung gibt den Mindestgehalt an schädlichen Verunreinigungen von Phosphor und Schwefel an, nicht mehr als 0,015 %.

Produktion

Je nach Weiterverarbeitung und Endtyp des Teils wird Stahl in Blechen, Drähten, Sechsecken und Quadraten geliefert. Hohe Leistungseigenschaften des Produkts werden durch 2 Komponenten gewährleistet:

1. die Struktur des Metalls, die durch die chemische Zusammensetzung und die anschließende Verarbeitung bestimmt wird;
2. genauer gesagt das Vorhandensein nichtmetallischer Einschlüsse in der Struktur Mindestmenge und Größe, die beim Schmelzen und Gießen eliminiert wird;
3. die Form des Teils (Spirale, Bogen) und seine Abmessungen, die durch die Berechnungsmethode bestimmt werden.

Wenn die Feder gedehnt wird, erfahren die Innen- und Außenseiten der Windungen unterschiedliche Belastungen: Die äußeren sind weniger anfällig für Dehnung, während die inneren die stärkste Verformung erfahren. Gleiches gilt für die Enden der Feder: Sie dienen als Befestigungspunkte, was die Belastung an diesen und angrenzenden Stellen erhöht. Daher wurden Stahlsorten entwickelt, die vorzugsweise für Druck oder Zug verwendet werden.

Thermomechanische Behandlung

Ausnahmslos alle Federstähle werden einer thermomechanischen Behandlung unterzogen. Danach können sich Festigkeit und Verschleißfestigkeit verdoppeln. Das Produkt wird im geglühten Zustand geformt, wenn der Stahl die maximal mögliche Weichheit aufweist. Anschließend wird es auf 830–870 °C erhitzt und in Öl oder Öl abgekühlt aquatische Umwelt(nur für Klasse 60 CA). Der entstehende Martensit wird bei einer Temperatur von 480 ºC angelassen.

Allgemeine Informationen. Federn und Federn erfahren im Betrieb immer wieder wechselnde Belastungen und müssen nach Entlastung wieder ihre ursprünglichen Abmessungen wieder vollständig erreichen. Im Zusammenhang mit solchen Betriebsbedingungen muss das zur Herstellung von Federn und Federn verwendete Metall neben der erforderlichen Festigkeit unter statischen, dynamischen oder zyklischen Belastungsbedingungen eine ausreichend gute Duktilität, hohe Elastizitäts- und Dauerfestigkeitsgrenzen und einen hohen Relaxationswiderstand aufweisen und beim Arbeiten in aggressiven Umgebungen (Dampfatmosphäre, Meerwasser etc.) müssen ebenfalls korrosionsbeständig sein.

Auch für das Metall von Federn und Federn sind technologische Eigenschaften gleichermaßen wichtig – geringe Neigung zu Kornwachstum und Entkohlung bei der Wärmebehandlung, tiefe Härtbarkeit, niedrige kritische Härtungsgeschwindigkeit, geringe Empfindlichkeit gegenüber Anlasssprödigkeit.

Die Qualität von Federn und Federn wird durch den Zustand der Oberfläche von Stäben, Drähten und Bändern beeinflusst. Das Vorhandensein äußerer Defekte (Risse, Sonnenuntergänge, Kappen, Haare, Muscheln, Grate, vertiefter Zunder usw.) sowie eine dekarbonisierte Schicht verringern die elastischen und zyklischen Eigenschaften des Metalls. Daher müssen äußere Mängel auf der Oberfläche von Stäben und Bändern durch Reinigen oder Schleifen entfernt werden, und die Tiefe der entkohlten Schicht sollte einen bestimmten von GOST für Federstahl festgelegten Standard nicht überschreiten.

Federn und Blattfedern haben hohe Eigenschaften (maximale Elastizitäts- und Festigkeitsgrenzen) mit einer Härte von HRC 40-45 (Trostit-Gefüge), die nach dem Härten erreicht wird (mit einer gleichmäßigen und vollständigen martensitischen Umwandlung im gesamten Metallvolumen) und durchschnittliche Anlasstemperatur bei 400-500° C (je nach Stahl).

Für die Herstellung von Federn werden Kohlenstoff- und legierte Stähle und für Geräte Legierungen aus Nichteisenmetallen, hauptsächlich Berylliumbronze, verwendet. Federn werden ausschließlich aus legiertem Stahl hergestellt.

Federn und Federblätter werden auf folgende Weise verstärkt: 1) plastische Kaltverformung, gefolgt von Niedertemperaturheizung(Urlaub, Altern); 2) Abschrecken mit anschließendem Anlassen (Härten durch martensitische Umwandlung); 3) Aushärten mit anschließender Alterung (Aushärten durch Dispersionshärtung).

Verfestigung durch plastische Kaltverformung. Für die Herstellung mittlerer und kleiner gedrehter Federn wird häufig patentierter Draht (bis zu 8 mm Durchmesser) verwendet, der aus Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt mit einem Mangangehalt von 0,3–0,6 % und den Stählen 65G und 70G mit einem Mangangehalt von 0,7 hergestellt wird -1,0 %, sowie aus Kohlenstoff-Werkzeugstählen. Nach dem Kaltwickeln werden die Federn einer Belastung unterzogen niedriger Feiertag(175-250° C, Haltezeit 15-20 Minuten je nach Drahtdurchmesser) zur Spannungsentlastung, Erhöhung der Elastizität und Dauerfestigkeit, Entspannungsfestigkeit und Gewährleistung der Stabilität der Federdimensionen.

Anstelle einer Patentierung ist es wirtschaftlicher, das Verfahren der Kaltverfestigung von normalisiertem Stahl anzuwenden. Diese Methode, entwickelt im Gorki-Automobilwerk, ist wie folgt. Drähte, Stäbe, Bänder aus Stahl 45, 65G, 50KhG werden einer Normalisierung und anschließenden plastischen Kaltverformung durch Ziehen oder Walzen mit einem Verformungsgrad von 40-60 % unterzogen. Aus dem resultierenden Halbzeug werden durch Wickeln, Stanzen oder Schneiden Blatt- und Schraubenfedern sowie Federblätter hergestellt, die 20–40 Minuten lang auf 280–300 °C erhitzt werden.

Dieses Verfahren stellt auch sicher, dass die Abmessungen und die Form der elastischen Elemente gewährleistet sind, was insbesondere bei dünnen Tellerfedern wichtig ist, die beim Härten stark verformt werden. Um ein Verziehen solcher Federn zu vermeiden, ist es notwendig, beim Lösen spezielle Stempel zu verwenden.

Härten durch Abschrecken und anschließendes Anlassen. Für die Herstellung von durch Wärmebehandlung (Härten und Anlassen) verstärkten Federn werden Kohlenstoffstähle (65, 75) und legierte Stähle (60S2A, 50HFA, 60S2N2A usw.) verwendet – für Federn, die in aggressiven Umgebungen betrieben werden - Edelstähle 30X13, 40X13, 12Х18Н10Т usw.

Kohlenstoffstähle werden aufgrund ihrer geringen Härtbarkeit zur Herstellung von Federn aus Draht mit einem Durchmesser von bis zu 6 mm verwendet. Der Vorteil von Siliziumstahl gegenüber Kohlenstoffstahl ist seine erhöhte Härtbarkeit sowie höhere Festigkeit und Duktilität. Der Nachteil dieses Stahls ist seine erhöhte Neigung zur Bildung von Oberflächenfehlern bei der Warmumformung, Entkohlung und Graphitisierung. Durch die Entkarbonisierung der Außenfläche von Federn oder Federn nimmt deren Widerstandsfähigkeit gegenüber Langzeitbelastungen stark ab. Daher muss das Erhitzen von Federn und Federn unter Schutz vor Entkohlung oder (zur Beseitigung) erfolgen schädlicher Einfluss entkarbonisierte Schicht) werden nach der Wärmebehandlung einem Kugelstrahlen unterzogen.

Die Siliziumstähle 55C2 (A) und 60C2 (A) werden häufig für die Herstellung von Autofedern und Federn für Schienenfahrzeuge verwendet. Stahl 60S2 (A) wird auch für die Herstellung von Federn verwendet, die bei Temperaturen bis zu 250 °C betrieben werden. Stahl 70SZA weist gute mechanische Eigenschaften auf, neigt jedoch zur Graphitierung.

Manganstahl (65G) weist im Vergleich zu Siliziumstahl einige Merkmale auf, darunter eine weniger raue Oberfläche bei der Warmumformung, eine höhere Härtbarkeit und eine geringere Tendenz zur Entkohlung. Die Nachteile von Manganstahl sind eine erhöhte Überhitzungsempfindlichkeit, die Bildung von Härterissen und die Neigung zur Anlasssprödigkeit; Dieser Stahl wird für Federn von Mechanismen und Maschinen verwendet.

Teile aus Stahl 55GS mit einem Querschnitt bis 25 mm sind durchgehärtet und werden daher zur Herstellung von Federn mit einer Dicke bis 10 mm und zylindrischen Federn mit einem Stabdurchmesser bis 25 mm verwendet und Pufferfedern; Dieser Stahl ist weniger anfällig für Entkohlung und Anlasssprödigkeit.

Chrom-Mangan-Stahl (50 ХГ (А)) weist eine tiefe Härtbarkeit, hohe Festigkeit und eine relativ geringe Überhitzungsempfindlichkeit auf; es wird zur Herstellung von Federn und Federn mit großem Querschnitt verwendet; Stahl lässt sich gut in Öl härten; Der Nachteil dieses Stahls ist seine Neigung zur Anlasssprödigkeit.

Eine geringe Zugabe von Vanadium zum Chromstahl wirkt sich positiv auf die Struktur und Duktilität des Stahls aus und verringert zudem seine Überhitzungsneigung, wodurch die Wärmebehandlung erheblich erleichtert wird; Daher lassen sich Chrom-Vanadium-Stähle (50 °C) und Chrom-Mangan-Vanadium-Stähle (50 °C) gut in Öl abschrecken und sind weniger anfällig für Kornwachstum. Diese Stähle werden zur Herstellung von Federn für besondere Zwecke sowie von Federn für Personenkraftwagen verwendet.

Die Stähle 60S2HFA, 65S2VA und 60S2N2A werden für große Federn für kritische Zwecke verwendet. Teile aus diesen Stählen neigen weniger zum Kornwachstum und werden in Abschnitten bis zu 50 mm kalziniert. Besonders hohe Qualitäten Diese Eigenschaft besitzt der Nickel-Silizium-Stahl 60S2N2A, der sich leicht zu einer körnigen Perlitstruktur ausglühen lässt, eine hohe Duktilität aufweist und sich beim Abkühlen an der Luft nach dem Warmwalzen nicht erwärmt.

Edelstähle werden für die Herstellung von Federn verwendet, die in einer korrosiven Umgebung und bei erhöhten Temperaturen (bis zu 400 °C) betrieben werden. Federn aus hochchromhaltigen Edelstählen der martensitischen Klasse (30X13, 40X13 usw.) werden bei einer Temperatur von 1000-1050 °C in Öl gehärtet (Federn aus Stahl 40X13 können auch an der Luft gekühlt werden); Das Gefüge nach dem Härten ist Martensit. Das Anlassen nach dem Härten erfolgt in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Federn: bei 550–500 °C für Federn, die bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, und bei 300–350 °C für Federn, die bei einer Temperatur von 20 °C (bei höherer Anlassung) betrieben werden Temperatur sinkt die Haltbarkeit bis hin zur Spannungskorrosion). Die sehr hohe Härtbarkeit dieser Stähle ermöglicht die Herstellung von Federn mit großen Querschnitten.

Federn aus Chrom-Nickel-Stählen der austenitischen Klasse (12Х18Н10Т usw.), die durch plastische Kaltverformung verstärkt werden, werden nach dem Aufwickeln nur einem Anlassen bei 450–500 °C mit einer Haltezeit von 20–30 Minuten unterzogen.

Um die Korrosionsbeständigkeit und Stabilität zu erhöhen, werden Edelstahlfedern nach allen technologischen Prozessvorgängen poliert (vorzugsweise elektrolytisch), bis die Oberfläche vollständig aufgehellt ist. Es ist zu berücksichtigen, dass sich beim Polieren der Drahtdurchmesser um 3-10 % verringert, was zu einer Verschlechterung der Kraftcharakteristik der Federn führt.

Schraubenfedern werden in horizontaler Position erhitzt. Um ein Verziehen beim Erhitzen zu verhindern, werden auf dem Ofenboden Kanalträger angebracht, auf denen Federn verlegt sind. Zum Härten von Druckfedern verwenden Sie das in Abb. gezeigte Gerät. 157, ein Stahlbecher (dessen Innendurchmesser 0,3–0,4 mm größer ist als der Außendurchmesser der Feder und dessen Höhe 10–12 mm größer ist als die Höhe der Feder) mit einem Loch im Boden gleich zum durchschnittlichen Durchmesser der Feder. Eine Feder wird in das Gerät eingelegt und in den Ofen geladen. Nach dem Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur und dem Halten wird das Gerät zusammen mit der Feder aus dem Ofen genommen und in Öl abgekühlt (in horizontaler Position unter ständigem Schwenken). Die gehärtete Feder wird durch Druck von der Seite des Lochs im Glas aus dem Gerät gedrückt.

Die beim Härten entstehende Verformung der Feder (Abb. 158, a) kann beim Anlassen beseitigt werden. Die gehärtete Feder wird auf den Dorn aufgesetzt und mit einem Keil festgeklemmt (Abb. 158, b). In diesem Zustand ist die Feder freigegeben. Nach dem Anlassen am Dorn wird der durch das Härten entstehende Verzug der Feder beseitigt (Abb. 158, c).

Um die erforderliche Härte zu erhalten und richtige Form Um den beim Härten auftretenden Verzug zu vermeiden, werden dünne Blattfedern in Matrizen auf einer elektrisch beheizten Presse gehärtet. Die Presse hat zwei Stempel – den unteren / und den oberen 2 (Abb. 159). Im Inneren der Matrizen befinden sich Stahlscheiben 3 mit Rillen. In den Nuten der Scheiben 3 werden Nichrom-Heizelemente mit hitzebeständiger Isolierung platziert. Die Enden von 4 Heizelementen werden aus den Matrizen zum Bedienfeld geführt. Aus Gründen der Hitzebeständigkeit sind die Stempel in Gehäuse mit Asbest-Wärmedämmung 5 eingeschlossen. Der untere Stempel 1 ist stationär. Der Oberstempel 2 kann mittels Pneumatikzylinder b, gesteuert durch den Kran 7, in axialer Richtung bewegt werden. Die Temperaturregelung erfolgt durch Thermoelement 8. Gehärtete Federn werden auf den Unterstempel / gelegt, durch den Oberstempel 2 gedrückt und mehrere Minuten auf Anlasstemperatur gehalten.

Für die Herstellung von Autofedern werden die Stähle 60S2(A), 50KhG(A), 50KhFA, 50KhGFAidr verwendet. Federblätter werden im kalten Zustand geschnitten, dann werden Löcher in sie gestanzt, die Enden werden zurückgezogen und die Ohren werden im heißen Zustand gebogen. Die Wärmebehandlung von Federblechen, beispielsweise aus Stahl 50KhGFA, erfolgt nach folgendem Schema. Die Bleche werden in einen Abschreckgasdurchlaufofen geladen (Temperatur Zone I 600–700 °C, Zone II 800–850 °C und Zone III 850–880 °C). Belichtung ist gegeben

mit einer Geschwindigkeit von 1,2–1,5 Minuten pro 1 mm Abschnitt. Nach dem Erwärmen werden die Federbleche in eine Biegehärtemaschine eingelegt, in der das Biegen und Härten unter Kühlung im zirkulierenden Öl (Öltemperatur 40–60 °C) erfolgt.

Nach dem Aushärten werden die Federbleche in einem Gasdurchlaufofen bei 550-600° C mit einer Haltezeit von 40-45 Minuten getempert. Federbleche werden an ihren Rändern auf das Ofenband gelegt. Nach dem Tempern gelangen die Federblätter in den Kühltankförderer. Eine schnelle Wasserkühlung nach dem Tempern verhindert die Sprödigkeit des Tempers, stört den Durchfluss nicht und verbessert die Arbeitsbedingungen in der Werkstatt. Nach dem Härten werden die Federbleche kugelgestrahlt, was ihre Belastbarkeit deutlich erhöht. Durch das Kugelstrahlen entstehende Druckeigenspannungen in den Außenschichten verringern die Zugspannungen in den Außenfasern und erhöhen so die Haltbarkeit

Frühlingsblatt.

Während der Wärmebehandlung wird Folgendes kontrolliert: a) Härte nach dem Härten (ein Satz alle 2 Betriebsstunden) (HRC 50-60); b) Passung des Blattfederpakets (alle 2 Betriebsstunden); c) Härte nach dem Anlassen (HRC 40-45).

Um die Ergebnisse der Wärmebehandlung zu überprüfen, werden Federn teilweise punktuellen Dauertests unterzogen.

Zusätzlich zur konventionellen Härtung sind sie wirksam Induktionserwärmung Federn und Blattfedern, isotherme Härtung und insbesondere thermomechanische Behandlung.

Härten durch Härten mit anschließender Alterung. Das durch Härten und Altern gehärtete Material ist Berylliumbronze. Vor dem Aushärten werden Teile aus Klebeband (Stanzen, Ziehen, flexibel usw.), Stäbe (maschinenbearbeitet), Draht (durch Wickeln) in Benzin oder Aceton entfettet, in kaltem und kochendem Wasser gewaschen und getrocknet warme Luft oder in einem Thermostat bei einer Temperatur von nicht mehr als 120° C. Die vorbereiteten Teile werden in Kartons gelegt und abgefüllt Holzkohle, im Ofen auf 760-800 °C mit einer Haltezeit von 8-15 Minuten erhitzt, abgekühlt kaltes Wasser und dann getrocknet.

Gehärtete Teile werden einer Alterung (Dispersionshärtung) bei 260-400 °C (je nach geforderten Eigenschaften) mit Belichtung nach 1 bis 4 Stunden Erhitzen und Abkühlen an der Luft unterzogen.

Um Verformungen zu vermeiden, werden die Teile in speziellen Vorrichtungen gealtert. Nach der Wärmebehandlung werden die Teile geprüft. Härte je nach Einsatzbedingungen der Teile HV 200-400.

Außerdem werden die Werkstücke einer Härtung unterzogen, aus der anschließend wie folgt Teile hergestellt werden technologischer Prozess: Rohlinge schneiden oder schneiden; Entfetten, Waschen, Trocknen; Härten; Polieren von Werkstücken (falls erforderlich); Herstellung von Teilen; Entfetten, Waschen und Trocknen von Teilen, Alterung; Kontrolle.

Die Besonderheit des Betriebs von Federn, Federn und elastischen Elementen besteht darin, dass sie großen statischen, zyklischen oder stoßartigen Belastungen ausgesetzt sind Es ist keine bleibende Verformung zulässig . In dieser Hinsicht müssen Federlegierungen neben anderen Eigenschaften auch über folgende Eigenschaften verfügen hohe Beständigkeit gegen kleine plastische Verformungen .

Federkohlenstoff- und legierte Stähle haben einen hohen Elastizitätsmodul, der die elastische Verformung begrenzt. Sie sind kostengünstig und technologisch recht fortschrittlich und werden zur Herstellung starrer (kraft-)elastischer Elemente in der Automobil- und Traktorenindustrie verwendet. Schienenverkehr, Werkzeugmaschinenbau, für kraftelastische Elemente von Geräten. Diese Materialien werden oft genannt Allzweck-Federstähle . Stähle müssen eine hohe Elastizitätsgrenze, Dauerfestigkeit und Relaxationsbeständigkeit aufweisen. Diese Anforderungen werden von Stählen mit einem hohen Kohlenstoffgehalt (0,5–0,7 %) erfüllt, denen sie ausgesetzt sind Härten und Anlassen Bei einer Temperatur von 420–520 °C entsteht eine Struktur Troostitis .

Kohlenstoffstähle (65, 70, 75, 80, 85, 6OG, 65G, 70G) zeichnen sich durch einen geringen Relaxationswiderstand aus, insbesondere bei Erwärmung. Sie sind nicht für den Einsatz bei Temperaturen über 100°C geeignet. Aufgrund ihrer geringen Härtbarkeit werden daraus Federn mit kleinem Querschnitt hergestellt. s V =1000–1200 MPa, d=5–8 %.

Legierte Federstähle gehören zur perlitischen Klasse. Die Hauptlegierungselemente in ihnen sind Silizium (1–3 %), Mangan (1 %), und in Stählen für kritischere Zwecke Chrom (1 %), Vanadium (0,15 %) und Nickel (1,7 %). Das Legieren (mit Ausnahme von Silizium und Mangan) hat kaum Einfluss auf die Elastizitätsgrenze – die Haupteigenschaft dieser Stähle. Es äußert sich deutlicher in einer Erhöhung der Härtbarkeit, des Relaxationswiderstands und der Dauerfestigkeit.

Billige Siliziumstähle 55S2, 60S2, 70SZA sind beim Erhitzen zum Härten beständig gegen Kornwachstum, neigen aber zur Entkohlung – ein gefährlicher Oberflächenfehler, der die Dauerfestigkeit verringert. Beim Silizium-Mangan-Stahl 60SGA ist dieser Nachteil weniger ausgeprägt. s B =1300–1800 MPa, s 02 =1100–1600 MPa, d=5–8 %.

Die Stähle 50KhFA, 50KhGFA, die im Vergleich zu Silizium- und Silizium-Mangan-Stählen einer höheren Erwärmung beim Anlassen (520°C) ausgesetzt sind, weisen eine Hitzebeständigkeit, eine erhöhte Zähigkeit und eine geringere Kerbempfindlichkeit auf. Sie sind für Pkw-Federn, Ventilfedern und andere kritische Federn vorgesehen, die bei Temperaturen bis zu 300 °C betrieben werden können.

Für große, stark beanspruchte und besonders kritische Federn und Blattfedern werden die Stähle 60С2ХА und 60С2Н2А verwendet. Die mechanischen Eigenschaften von Stählen werden durch den Kohlenstoffgehalt und die Anlasstemperatur bestimmt. Das Anlassen erfolgt bei einer Temperatur, die etwas höher ist als die der maximalen Elastizitätsgrenze entsprechende Temperatur, die zur Erhöhung der Duktilität und Zähigkeit erforderlich ist.

Die Stähle 70SZA, 60S2XA und 60S2N2A haben die höchsten mechanischen Eigenschaften: s B = 1800 MPa; s T = 1600 MPa: d>5 %, y>20 %. Die Elastizitätsgrenze liegt bei s UPR = 880-1150 MPa. und Härte H.R.C. 38-48. Bei dieser Festigkeit und Härte reagiert Stahl empfindlich auf Spannungserreger, sodass die Oberflächenbeschaffenheit einen großen Einfluss auf die Ermüdungsbeständigkeit hat. Wenn keine Oberflächenfehler (Entkohlung, Zunder, raue Spuren usw.) vorliegen, beträgt die Dauerfestigkeit von Stahl beim Biegen nicht weniger als 500 MPa und bei Torsion 300 MPa. Um die Empfindlichkeit gegenüber Spannungskonzentratoren zu verringern, werden fertige Federn und Federbleche einer Oberflächenhärtung durch Kugelstrahlen unterzogen. Nach dem Aushärten mit Schrot erhöht sich die Dauerfestigkeit um das 1,5- bis 2-fache.

Lagerstahl .

Wälzlager arbeiten in der Regel unter geringen dynamischen Belastungen, was es ermöglicht, sie aus relativ spröden Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt nach Durchhärtung und geringem Anlassen herzustellen. Für die Herstellung von Kugeln, Rollen und Lagerringen werden kostengünstige High-Tech-Chromstähle ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС und ШХ20ГС mit einem C-Gehalt von ca. 1 % verwendet. In der Sortenbezeichnung steht der Buchstabe Ш für Kugellagerstahl; X – Vorhandensein von Chrom; Zahl – sein Massenanteil in Prozent (0,4; 1,5; 2,0); C, G – Dotierung mit Silizium (bis 0,85 %) und Mangan (bis 1,7 %). Der Stahl wird nach dem Sphäroidglühen mit einer körnigen Perlitstruktur geliefert (NV 1790-2170) und erhöhte Anforderungen an die Metallqualität. In Stahl sind die Karbidheterogenität und die Verunreinigung mit nichtmetallischen Einschlüssen streng reguliert.

Für die Herstellung von Hochgeschwindigkeitslagern werden Stähle nach dem Elektroschlacke-Umschmelzen verwendet (der Sorte solcher Stähle wird der Buchstabe Ш hinzugefügt, z. B. ШХ15-Ш), die sich durch höchste Gefügehomogenität auszeichnen. Solche Stähle werden auch für die Herstellung hochpräziser Instrumentenlager benötigt.

Lagerteile werden einer für hypertektoide Stähle typischen Wärmebehandlung unterzogen: teilweises Abschrecken bei 820–850 °C in Öl und niedriges Anlassen bei 150–170 °C. Nach dem Härten verbleibt Restaustenit im Stahlgefüge (8–15 %), dessen Umwandlung zu Veränderungen der Abmessungen der Lagerteile führen kann. Um sie zu stabilisieren, werden Präzisionslager bei -70–80 °C kaltbehandelt Der verarbeitete Wälzlagerstahl weist ein Martensitgefüge mit Einschlüssen kleiner Karbide und eine hohe Härte auf (H.R.C. 60-64).

Teile großer Wälzlager mit einem Durchmesser von 0,5–2 m (für Walzwerke, elektrische Generatoren) werden aus den Stählen 12ХНЗА, 12Х2Н4А hergestellt und einer Aufkohlung bis zu einer großen Tiefe (3–6 mm) unterzogen. Für Lager, die in aggressiven Umgebungen betrieben werden, wird korrosionsbeständiger Chromstahl 95X18 (0,95 % C, 18 % Cr) verwendet.

Frühling - ein elastisches Element, das mechanische Energie speichern und absorbieren soll. Federn werden aus Materialien mit hoher Festigkeit und elastischen Eigenschaften hergestellt. Allzweckfedern werden aus kohlenstoffreichen Stählen (U9A-U12A, 65, 70) hergestellt, die mit Mangan, Silizium und Vanadium (65G, 60S2A, 65S2VA) legiert sind. Für Federn, die in aggressiven Umgebungen betrieben werden, verwenden Sie Edelstahl(12Х18Н10Т), Berylliumbronze (BrB-2), Silizium-Mangan-Bronze (BrKMts3-1), Zinn-Zink-Bronze (BrOTs-4-3).

Kleine Federn können aus vorgefertigtem Draht gewickelt werden, während kräftige Federn aus geglühtem Stahl hergestellt und nach dem Formen gehärtet werden.

Federn werden unterschieden:

Absichtlich:

Gedrehter Zylinder (Schraube);
. Konisch gedreht (Stoßdämpfer);
. Spirale (in der Uhrenunruh);
. Wohnung;
. Platte (z. B. Federn);
. Scheibenförmig;
. Torsionsstäbe;
. Flüssig;
. Gas.

Nach Art der wahrgenommenen Belastung:

Druckfedern dienen dazu, die Länge unter Belastung zu reduzieren. Die Windungen solcher Federn berühren sich ohne Belastung nicht. Die Endwindungen werden gegen die benachbarten gepresst und die Enden der Feder werden geschliffen. Um Stabilitätsverluste zu vermeiden, werden lange Druckfedern auf Dorne oder Gläser aufgesetzt;
. Zugfedern sind so konzipiert, dass sie sich unter Belastung verlängern. Im unbelasteten Zustand weisen sie meist geschlossene Windungen auf. An den Enden befinden sich Haken oder Ringe, mit denen die Feder an der Struktur befestigt werden kann.
. Es gibt zwei Arten von Torsionsfedern: Torsionsfedern – eine auf Torsion wirkende Stange (hat eine größere Länge als eine Schraubenfeder) und auf Torsion wirkende Schraubenfedern;
. Biegefedern.

Frühling - elastisches Federelement Fahrzeug. Die Feder überträgt die Last vom Rahmen oder der Karosserie auf Chassis(Räder, Laufrollen usw.) und dämpft Stöße und Erschütterungen beim Überfahren unebener Wege.

Hauptarten von Federn:

Eine Blattfeder ist ein Paket aus Blechen unterschiedlicher Länge, die aus gehärtetem Stahl bestehen und durch Klammern verbunden sind. Eine Blattfeder verhält sich beim Biegen wie ein elastischer Balken. IN in letzter Zeit Es besteht ein Trend zum Übergang von mehrblättrigen zu mehrblättrigen und sogar einblättrigen Federn, teilweise aus nichtmetallischen Materialien (Verbundwerkstoffen).

Um das Gewicht zu reduzieren, werden moderne Federn häufig nicht aus Metall, sondern aus Verbundwerkstoffen hergestellt.

Arten von Blattfedern:

Elliptisch – im Grundriss ähnelt es einer Ellipse; Wird zur Aufhängung von Pferdekutschen und frühen Automobilen verwendet. Vorteil - größere Weichheit und dadurch Laufruhe; Minus - technologische Komplexität, geringe Festigkeit, hohe Empfindlichkeit gegenüber Längs-, Quer- und Querkräften, was zu einem enormen „Schlupf“ der Brücke beim Aufhängungsbetrieb und einer S-förmigen Biegung beim Beschleunigen und Bremsen führt - dementsprechend Verlust der Kontrollierbarkeit, Schwerfälligkeit;
. 3/4-elliptisch: hat die Form von dreiviertel Ellipsen; Aufgrund seiner Weichheit wurde er für Kutschen und frühe Autos verwendet. In den zwanziger Jahren wurde er aus den gleichen Gründen wie der Ellipsentrainer nicht mehr verwendet.
. Halbelliptisch – in Form einer Halbellipse; der häufigste Typ; stellt einen Kompromiss zwischen Komfort, Kompaktheit und Herstellbarkeit dar, weit verbreitet bei Lastkraftwagen – bisher bei Pkw – bis Mitte der 1970er Jahre ausschließlich an der Hinterachse; „Ziehen“ der Brücke während des Federungsvorgangs und S-förmige Biegung beim Beschleunigen und Bremsen sind vorhanden, jedoch in geringerem Ausmaß als bei früheren Optionen, und können durch die Einführung zusätzlicher Reaktionsstangen in die Konstruktion teilweise oder sogar vollständig kompensiert werden;
. Viertelellipsenförmig – strukturell ist es die Hälfte einer Halbellipse; als elastisches Element recht steif; Es wurde in der Regel verwendet, um eine Einzelradaufhängung zu schaffen, seltener eine abhängige.

Torsionsfeder. Das Hauptarbeitselement einer Torsionsfeder ist ein Torsionsstab – ein elastischer Stab, der sich verdreht. Torsionsfedern werden hauptsächlich zur Federung gepanzerter Fahrzeuge eingesetzt.

Schraubenfeder- Als elastisches Arbeitselement wird eine Feder verwendet. Es können zylindrische, konische, paraboloide oder Tellerfedern verwendet werden.