Высокопрочные стали и особенности их сварки

Высокопрочные стали и особенности их сварки

Состав и свойства высокопрочных сталей

Стали с пределом прочности свыше 1500 МПа называются высокопрочными. Такой предел достигается подбором химического состава и наиболее подходящей термической обработкой. Данный уровень прочности может образовываться в среднеуглеродистых легированных сталях (40ХН2МА, 30ХГСН2А) путем использования закалки с низким отпуском (при 200…250оС). Легирование таких сталей W, Mo, V затрудняет разупрочняющие процессы, что снижает порог хладоломкости и повышает сопротивление хрупкому разрушению. Как варить металл, если перед вами высокопрочная сталь? Сварка высокопрочных сталей отличается использованием некоторых дополнительных технологических приемов (сварка каскадом, горкой, секциями, предварительный подогрев, применение мягкой прослойки и других).

Изотермическая закалка среднеуглеродистых легированных сталей придает им немного меньшую прочность, но большую вязкость и пластичность. Поэтому они более надежны в эксплуатации, чем низкоотпущенные и закаленные. Низкоотпущенные и закаленные среднеуглеродистые стали с высоким уровнем прочности обладают повышенной восприимчивостью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению. Из-за этого их рекомендуют использовать для работы, связанной с плавным нагружением.

К высокопрочным сталям можно отнести так называемые рессорные (пружинные) стали. Они содержат 0,5…0,75% С и дополнительно легируются другими элементами. Термообработка легированных рессорных сталей (закалка 850…880оС, отпуск 380…550оС) обеспечивает получение высокой прочности и текучести. Может применяться изотермическая закалка. Сварка рессорной стали выполняется с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварочных работ и дальнейшей термической обработкой.

Мартенситно-стареющие стали (04Х11Н9М2Д2ТЮ, 03Н18К9М5Т) также относятся к высокопрочным сталям. Они превосходят среднеуглеродистые легированные стали по конструкционной прочности и технологичности. Для таких сталей характерны высокое сопротивление хрупкому разрушению, низкий порог хладоломкости и малая чувствительность к надрезам при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали являются безуглеродистыми сплавами железа с никелем и дополнительно легированы молибденом, кобальтом, алюминием, хромом, титаном и другими элементами. Эти стали имеют высокую конструкционную прочность в диапазоне температур от криогенных до 500оС и применяются в изготовлении стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов ракетных двигателей, зубчатых колес, шпинделей и так далее.

Свариваемость высокопрочных сплавов

Для изготовления тяжело нагруженных машиностроительных изделий,сосудов высокого давления и других ответственных конструкций используют среднеуглеродистые высокопрочные стали, которые после соответствующей термообработки обладают прочностью 1000…2000 МПа при достаточно высоком уровне пластичности. Необходимый уровень прочности при сохранении высокой пластичности достигается комплексным легированием стали различными элементами, главные из которых никель, хром, молибден и другие. Эти элементы упрочняют феррит и повышают прокаливаемость стали. Подогрев изделия при сварочных работах не снижает скорости охлаждения металла до значений, меньших критических, и способствует росту зерна, что приводит к возникновению холодных трещин и вызывает уменьшение деформационной способности.

Поэтому такие металлы сваривают без предварительного подогрева, но с применением специальных приемов сварочных работ (блоками, каскадом, короткими или средней длины участками). Также применяют специальные устройства, которые подогревают выполненный шов и тем самым увеличивающие время пребывания его в определенном температурном интервале. Для увеличения времени нахождения металла околошовной зоны при температуре выше точки образования мартенситной структуры накладывают так называемый отжигающий валик, границы которого находятся в пределах металла шва.

Во избежание трещин при охлаждении сварного соединения, необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечили бы получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это достигается, когда наплавленный металл и металл шва будут менее легированы, чем свариваемая сталь. При этом шов будет представлять как бы мягкую прослойку с временным сопротивлением, но с повышенной деформационной способностью. Чтобы обеспечивалась технологическая прочность сварных швов, выполненных низколегированными сварочными материалами, углерод в шве должен содержаться в количестве не более 0,15%.

Когда производится сварка закаленной стали, то после прохождения сварочной дуги на зону сварного соединения рекомендуется подавать охладитель. Это делается для уменьшения степени разупрочнения околошовной зоны. В качестве охладителя может служить душевая вода, сжатый воздух или паровоздушная смесь – в зависимости от состава свариваемого материала. Такое охлаждение снижает время нахождения металла в зоне высоких температур.

Художественная ковка – это настоящее искусство. Более подробную информацию об этом занимательном занятии читайте в нашей статье.

Хотите узнать о современном способе сварки? Тогда вам будет интересна статья по https://elsvarkin.ru/texnologiya/soedinenie-metalla-pri-pomoshhi-plazmennoj-svarki/ ссылке.

Технология сварочных работ по соединению высокопрочных сталей

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно подбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов с высокой деформационной способностью при минимальном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, которые не содержат в покрытии органические вещества и подвергнутых высокотемпературной прокалке (низководородистые электроды). При этом нужно исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом в ходе сварки (ржавчина, влага и другие). Высокая технологическая прочность получается при следующем содержании легирующих элементов в металле шва: С – не более 0,15%; Si – не более 0,5%; Ni – не более 2,5%; Mn – не более 1,5%; Cr – не более 1,5%; V – не более 0,5%; Mo – не более 1,0%.

Повышение свойств шва до нужного уровня возможно путем легирования металла шва за счет основного металла. Необходимые прочностные характеристики металла шва достигаются легированием его элементами, которые повышают прочность, но не снижают его ударную вязкость и деформационную способность. Для сварки среднеуглеродистых высокопрочных сталей нужно выбирать сварочные материалы, содержащие легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и других по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75. Если сталь перед сваркой подвергалась термической обработке на высокую прочность (закалка с отпуском или нормализация), а после сварки – отпуску для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения, то критерием определения температуры предварительного подогрева будет такая скорость охлаждения, при которой происходила бы частичная закалка околошовной зоны. При этом гарантируется отсутствие трещин в процессе сварки и до проведения дальнейшей термообработки.

В том случае когда термообработка сварного изделия не может быть сделана, например, из-за крупных габаритов, на кромки детали, подлежащие сварке, наплавляют незакаливающийся слой металла аустенитными или низкоуглеродистыми электродами. Толщина этого слоя должна быть такой, чтобы температура стали под слоем в процессе сварки не превышала бы температуру отпуска при термообработке деталей с наплавленными кромками. Такие детали сваривают аустенитными или низкоуглеродистыми и низководородистыми электродами без подогрева и дальнейшей термообработки. Режим сварки принимают согласно рекомендациям для аустенитных электродов.

Сварочные работы в защитных газах

Высокое качество сварных соединений из среднеуглеродистых высокопрочных сталей толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. Присадочный материал для дуговой сварки в защитных газах следует выбирать в зависимости от газа, в среде которого происходит сварка. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка, второй – с поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механической подачи присадочной проволоки. Возможно и выполнение третьего слоя с поперечными колебаниями электрода без присадочной проволоки на небольшом режиме для обеспечения постепенного перехода от шва к основному металлу.

Для повышения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке применяют активирующие флюсы, которые позволяют исключить разделку кромок при толщинах 8…10 мм. Также используется флюс, представляющий собой смесь компонентов (TiO2, SiO2, NaF, Cr2O3). Такой метод с активирующим флюсом эффективен при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при таком способе сварки выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок вольфрама. Современная аргоновая горелка

При выполнении сварки среднелегированных высокопрочных сталей в защитных газах (в основном инертных или их смесях с активными) применяют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например, Св-08Х20Н9Г7ТТ, Св-03ХГН3МД, Св-10ХГСН2МТ, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-08Х21Н10Г6. Однако равнопрочности металла шва и свариваемой стали получить не удается. В данном случае можно обеспечить равнопрочность за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. Этот эффект может быть реализован при использовании так называемой щелевой разделки, которая представляет собой стыковые соединения с узким зазором.

Сварка под флюсом

Конструктивные элементы подготовки кромок для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом выполняют в соответствии с ГОСТ 8713-79. Однако в диапазоне толщин, для которого возможна сварка без разделки и со скосом кромок, последней следует отдать предпочтение. При механизированной сварке под флюсом необходимы подготовка кромок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве была бы минимальной. Но такая методика повышает вероятность образования в сварочных швах горячих трещин.

Выбор флюса осуществляется в зависимости от марки электродной проволоки. При использовании низкоуглеродистой проволоки сварку выполняют под кислыми высоко- и среднемарганцовистыми флюсами. При использовании низколегированных проволок лучшие результаты обеспечивает применение низкокремнистых и низкомарганцовистых флюсов. Сварку среднелегированных высокопрочных сталей аустенитной проволокой марок Св-08Х21Н10Г6 или Св-08Х20Н9Г7Т производят только под безокислительными или слабо окислительными основными флюсами.

Электрошлаковая сварка

Данный вид сварочных работ рационально применять для соединения толстолистовых конструкций из среднелегированных высокопрочных сталей. Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений и швов при этом должны соответствовать требованиям ГОСТ 15164-78. Электродные проволоки при сварке плавящимся мундштуком и проволочными электродами выбирают из числа групп легированных или высоколегированных проволок по ГОСТ 2246-70. Для предупреждения трещин в околошовной зоне при сварке жестко закрепленных элементов необходимо применять предварительный подогрев до 150…200оС.

Низкая скорость охлаждения околошовной зоны при электрошлаковой сварке приводит к длительному пребыванию ее в зоне высоких температур, вызывающих рост зерна и охрупчивание металла. В связи с этим после электрошлаковой сварки среднелегированных высокопрочных сталей необходимо выполнить высокотемпературную термообработку сварных изделий для восстановления механических свойств до нужного уровня. Время с момента окончания сварки до проведения термообработки должно регламентироваться.

Источник:
http://elsvarkin.ru/texnologiya/vysokoprochnye-stali-i-osobennosti-ix-svarki/

Сварка рессор

А кто нить авторессоры варил — поделитесь

2Бело А у гугла слабо спросить =» > ?

Да как то не сообразил спасибо Прошол по ссылке — нашел только что совет отжечь предварительно место сварки. Плохо искал.

Бело написал :
авторессоры варил — поделитесь

..и паял, и варил — результат: лучший вариант 3 месяца. Вывод: переплавить и изготовить новую (шутка) , или как КАМАЗ на дакаре вставили лом вместо сломаной.. Не исключенно что я устарел — на дворе нано технологии..

Fresh написал :
переплавить и изготовить новую

Мне надо не по назначению, а как ножи для фрез на мотоблок, вот и готовлюсь — сверлить (тоже заморочка) или варить

Электроды для пружинной стали — ОК 68. 82

Читайте также  Расклинивание топорища в проушине 5 клиньями

Бело написал :
сверлить (тоже заморочка) или варить

Вроде сталь 65Г не варится. Как сверлится — не знаю, я бы электродом дырки прожег, фреза то мотоблочная, точной балансировки не надо.

65Г Сталь: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2 Не применяется для сварных конструкций

Бело написал :
Мне надо не по назначению

В таком случае пробовать прожечь-попытка,не пытка..

midav написал :
Вроде сталь 65Г не варится

Вариться, самодельные мастерки для каменщиков из нее делают, только этой сварки на долго не хватает.

midav написал :
сверлится

Сверлится сверлами по стеклу, но муторно.

avaks написал :
65Г Сталь: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2 Не применяется для сварных конструкций

Абсолютно верно. Но если сильно хочется, то можно, ведь человеку не конструкцию варить, а так, посверкать чуть чуть.

Предварительный подогрев для сварки углеродистой(в данном случае высоко углеродистая с структурой сорбит)также важна скорость подогреваостывания.Есле в случае неудачи(поломки) ЧП исключенно,то можно тренероваться..

Справка: Сталь конструкционная рессорно-пружинная 50ХГА.
Свариваемость: без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая — для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг
Взято отсюда: » >

morgmail написал :
Справка: Сталь конструкционная рессорно-пружинная 50ХГА.

morgmail написал :
Взято отсюда: » >

Там же в таблице «Технологические свойства материала 50ХГА .» в строке » Свариваемость:» написано — «не применяется для сварных конструкций. »
Даже справочником надо уметь пользоваться.

Alex___dr написал :
«не применяется для сварных конструкций. «

А кто тут фермы собрался варить из этой стали? Поверьте мне на слово, справочниками как и сварочниками я пользоваться умею.

morgmail написал :
А кто тут фермы собрался варить из этой стали?

Вы где нибудь видели сварные рессоры в промышленном исполнении?

morgmail написал :
Поверьте мне на слово, справочниками как и сварочниками я пользоваться умею.

Судя по тому, что Вы привели в своём посте #13 в это (относительно справочников. ) верится с большим трудом.

Alex___dr написал :
Вы где нибудь видели сварные рессоры в промышленном исполнении?

Нет, не видел, как не видел сварных изделий из чугуна, но это совсем не означает, что чугун не варится. Достаточно историй про то как сварщики сваривали изделие, которое сварить было вроде как невозможно, просто они об этом не знали.

Alex___dr написал :
Судя по тому, что Вы привели в своём посте #13 в это (относительно справочников. ) верится с большим трудом.

Рессору ничем не взять По молодости хотел выковать себе нож из плоской авторессоры. Твердая как сволочь, полотном абсолютно не режется. Болгарок тогда не было. Отжигал ее на костре — не помогает. Упер антрацита, сделал небольшую печь, нагнетал воздух и отжигал раскалив сталь до желтого цвета, не помогло. Твердая как напильник. Выкинул её к чертям. Её гадину ничем не возьмешь, может если только УШМ ее пильнёт.. если повезет. И варить 100% гиблое дело, а главное ЗАЧЕМ?

Ярослав_М написал :
И варить 100% гиблое дело, а главное ЗАЧЕМ?

[QUOTE=Бело]Мне надо не по назначению, а как ножи для фрез на мотоблок, вот и готовлюсь — сверлить (тоже заморочка) или варить
Про сварку самой рессоры речь не идёт, хотя и рессору можно сварить, но надолго ли.

Обычное стальное сверло ее не возьмет. Если только пробовать твердосплавное или трубчатое с алмазным напылением.

Ярослав_М написал :
Обычное стальное сверло ее не возьмет. Если только пробовать твердосплавное или трубчатое с алмазным напылением.

Вот таким (диаметр Вам нужный незнаю) » >

Использовал такое сверло, правда Stayer. Пытался просверлить отверстие в оконном стекле. Сверлил в лужице керосина. Много труда для дрели и очень слабый результат, кромка лопатки быстро затупилась. Потом раздобыл трубчатое алмазное сверло. Все легко просверлилось, отличие как небо и земля. А твердость стекла всего лишь около 60 HRC. У рессорной стали твердость не меньше, а то и поболее.

Я в своей практике пару раз варил рессоры. Понял одно, при слабом токе, рессора трещит. Поэтому варил 4-ой на максимуме, с хорошим катетом, чтоб пргрев был хороший.
Один раз приварил 6 пластин на тыльную сторону ковша эксковатора. Обваривал пластины полностью по периметру. Встретил этот эксковатор где то через год на одном обьекте. Рессоры хорошо подношены, но на месте.
Второй раз вызвали на трассу, у дальнобоя лопнула рессора держащая задний мост. Благо лопнула не далеко от стремянки. Проварил с двух сторон мм по 300-350 к нижнему листу. Гарантию не дал, а вот отзвонится попросил. Итог- около 2000 км, менял уже дома.

Ярослав_М написал :
А твердость стекла всего лишь около 60 HRC. У рессорной стали твердость не меньше, а то и поболее.

Есть один маленький нюанс. Алмаз мало подходит для стали.

Ярослав_М написал :
Использовал такое сверло, правда Stayer.

Пробовал сверлить Энкором, Макитой и Бошем, Энкор при цене 30 руб- 1,5 отверстия, макита 3- отверстия/90 руб, бош- 5 отверстий/150 руб- и оно еще работоспособно, а остальные респонденты померли.

Отличие металла при изготовлении рессор имеет место быть.Довольно много раз сверлил рессорную сталь от грузового авто 10мм толшиной-марку не знаю.Некоторое время работал на разгрузке вагонов с трубами,они увязаны скрутками проволоки «катанки» 6мм,которые надо откусывать при разгрузке.Ножи на ножницах выходили из строя через день.Изготавливал полностью новые ножи-выпиливал УШМ и сверлил по 2 отверстия 10мм обычным сверлом тихоходной(200об)дрелью.Точить надо часто-2-3 раза на отверстие.
Тоже изготавливал фрезы на мотоблок из рессор от Москвича.Они почти не требуют обточки,тонкие и узкие,уже имеют изгиб.Просто приваривал с 2 сторон УОНЯМИ,сплошным швом,сразу шлак не оббивал и всё.Про надёжность не скажу-1 сотку прокультивировал и купил другой мотоблок с фирменными фрезами,а самопальные лежат.

Источник:
http://mastergrad.com/forums/t131405-svarka-ressor/

Сварка марганцовистых сталей

Марганцовистая конструкционная сталь особого назначения обладает уникальным сочетанием прочности и вязкости, что используется для изготовления брони, траков, танков, рессор, пружин. Изделия характеризуются высокой износостойкостью к истиранию, ударным нагрузкам. Производят их методом отливки, но в процессе эксплуатации нередко требуется сварка марганцовистых сталей. Это может быть как создание новой конструкции, так и наплавление изношенной части.

Показателем свариваемости является углеродный эквивалент, в формулу которого входят: C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu — расположение по мере влияния. Основные легирующие элементы — углерод и марганец: чем выше их содержание, тем больше усложняется процесс. Сплав с C до 0,25% относят к хорошо свариваемым, но при увеличении показателей эта способность падает.

Особенности химического состава марганцовистых сталей

Важно! При работе необходимо обеспечить быстрое охлаждение шва, поскольку при длительном нагреве происходят выделение карбидов и снижение прочности

Наличие С 0,6-1,2%, Mn 1-14% также может легироваться другими элементами в количестве до 1%. При расплавлении основная масса составляющих соединяется с кислородом, выделяя шлак, углерод образует газ СО, т. е. выгорает. Шлак, в свою очередь, мешает проведению процесса: закрывает электродугу, частично попадает в расплав и снижает прочность соединения. Процесс окисления уменьшает в расплаве содержание материалов, что совершенно меняет первоначальный химический состав, а значит, и свойства.

Влияние способа плавки на содержание газов и механические свойства

Сварка марганцовистых аустенитных сталей осложняется еще и структурными изменениями в околошовной зоне. Нагрев до температур рекристаллизации приводит к выделению карбидов, росту зерен, т. е. локальному изменению свойств металла из-за трансформации структуры — снижению прочности и вязкости, увеличению хрупкости.

Разновидности и технологии сварочного процесса

Технология сварки марганцовистых сталей, вне зависимости от способа ее проведения, должна учитывать все негативные факторы и обеспечить:

  • Защиту от окисления. Частично эту функцию выполняет шлак, что происходит после его образования и для чего тратится часть элементов. Чтобы полностью предотвратить процесс окисления, необходимо использовать защитную атмосферу. Как правило, это применение вакуума — технологии дорогой и сложной в исполнении. Намного практичнее аргонно-дуговая сварка. Она будет уместной как в промышленных условиях, так и частном использовании.
  • Частичное или полное восстановление химического состава. Содержание элементов в сварном шве кардинально меняется, чтобы частично или полностью его восполнить, задействуют электроды с покрытием из аналогичных элементов. Существуют марганцевые, алюминиевые с дозированным содержанием элементов разновидности.
  • Форма наплавки. Сплавы при выгорании образуют большое количество угарных газов, что затрудняет не только видимость. Задерживаясь в расплаве, они снижают прочность структуры. Чтобы обеспечить их выход, наплавка электродами проводится уширенными стежками.
  • Быстрое охлаждение. Длительный нагрев и медленное охлаждение Mn-сталей приводят к выпадению карбидов, которые снижают прочность и делают хрупким шов. Оптимальным по скорости нагрева и охлаждения соотношением является электродуговой метод.

Сварка стали 65Г сложная из-за содержания С. Для этих марок применяется ряд условий, которые снижают последствия вмешательства в структуру. По сути, процесс представляет собой наплавку промежуточного слоя между поверхностями. Для этого используются электроды определенного состава, подбираются они в зависимости от степени легирования.

С помощью электродов с содержанием Mn проводят наплавку на обычную конструкционную сталь, тем самым придавая ей износостойкость, присущую Mn-сталям. Процедуру проводят в 4 слоя, в каждом из которых увеличивается содержание марганца.

Сварка стали 16ГС выполняется электрошлаковым способом в защитной газовой атмосфере под флюсом. Она не склонна к отпускной хрупкости и характеризуется высокой стойкостью от перегрева в зоне термического влияния. Для наплавки рекомендуются электроды Э42, Э50А.

Способы выполнения и побочные явления сварки стали 09Г2С аналогичны вышеописанному. Для полу- и автоматического метода применяют электродную проволоку СВ08ГА, СВ-ЮГА, СВ10Г2 + флюс АН-348А, ОСЦ-45.

Сварка стали 30ХГСА. Легирование хромом, кремнием в околошовной структуре обеспечивает не только феррито-перлитный состав (образуется определенное количество бейнита и мартенсита), но и длительное охлаждение, что способствует выпадению карбидов по границам зерен и появлению повышенной хрупкости. Здесь применяются электроды Э55А, Э60, Э55.

Сварка пружинной стали, равно как и сварка рессорной стали, практически невозможны. Марка 50ХГА не предназначена для сварных конструкций. Эффект пружины она получает при пластической деформации в холодном состоянии, а при свариваемости в зоне термического влияния следствием становятся частичный отпуск и потеря прочности. Компромисс — использование электродов ОК 68/82, которые оптимальны для наплавки переходных слоев.

Сварка стали 09Г2С, технология выполнения которой предусматривает соединение в любой конфигурации, в том числе осуществление сварки полосовой стали, отличается от высоколегированной — в данном случае принцип сращения имеет характерную схожесть с наплавлением. Стыковка может проводиться разными способами: непрерывным оплавлением с подогревом и без. Зазоры при сварке металла допускаются в зависимости от сечения и вида расплавления — от 0,5 до 8 мм.

Читайте также  Воронение ножа в домашних условиях

Особенности наплавки марганцовых сталей

Заключение

Углерод — основа, которая указывает на свариваемость, второй по значимости элемент — марганец (содержание до 1,5% мало влияет на процесс). Если С более 0,25%, возможность проведения операции зависит от добавочных элементов. При повышении его свыше 0,29% — возможно соединение с особыми условиями, при помощи обычного электрошлакового переплава. При повышении С более 0,4% — соединение практически невозможно, актуальным становится метод наплавки спец. электродами.

Источник:
http://svarkaipayka.ru/tehnologia/svarka-metalla/svarka-margantsovistyih-staley.html

Основные марки и закалка рессорно-пружинной стали

Особой разновидностью стального сплава является рессорно-пружинная сталь. Пружинная сталь обладает рядом особенностей — очень высокий предел текучести, твердость, приемлемый уровень коррозийной устойчивости. Такой материал может гнуться, изменять свою форму под действием внешних факторов. Во время сжатия он сохраняется все свои физические свойства (прочность, механическая устойчивость, химическая инертность). Если такую пружину разжать, то материал вернется в свою обычную форму с сохранением всех физических свойств.

Основные сведения

Рессорно-пружинная сталь — сплав, который обладает очень высоким пределом текучести. Предел текучести — это физическое свойство какого-либо материала, характеризующее напряжение, при котором деформация продолжают расти без увеличения нагрузки. По факту этот показатель отражает способность материала сохранять свою форму при изгибе и скручивании.

Чем лучше материал сохраняют форму при деформации, тем выше у него предел текучести. Высокий предел текучести возникает в материале за счет специальных методов обработки (закалка, отпуск). Это отличает сталь-пружину от многих других стальных сплавов, которые обычно «обретают необычные свойства» за счет включения в их состав различных легирующих добавок.

В России для производства пружинной стали применяются низколегированные сплавы с минимальным количеством добавочных компонентов. В американских, европейских, азиатских странах также часто применяются среднеуглеродистые и высокоуглеродистые соединения, содержащие хром.

Также применяются соединения, содержащие большое количество марганца, никеля, кремния, вольфрама, азота. Эти компоненты делают материал еще более пластичным, а также повышают его химическую инертность (то есть такой материал не будет вступать в реакцию с щелочами, кислотами, солями). Как ясно из названия, пружинная сталь обычно применяется для производства пружин, торсионов, рессор, фортепианных струн, хомутов и многих других изделий.

Физические свойства

Перечислим основные физические свойства данного вида сталей:

  • Высокое сопротивление упругой деформации. Этот показатель отражает тот факт, как легко пластичный элемент подвергается сжатию при наличии внешних источников давления. В случае высокого сопротивления стальная пружина плохо поддается сжатию, что помогает детали восстановить свою естественную форму после разжатия.
  • Низкий коэффициент остаточного растяжения. При наличии внешнего источника давления такой материал принимает соответствующую форму. Однако после исчезновения такого источника давления деталь вновь принимает старую форму. Чем ниже коэффициент остаточного растяжения, тем слабее материал подвергается остаточной деформации при исчезновении внешнего источника давления.
  • Хорошая прочность. При сжатии стальной пружины деталь не трескается, сохраняется свою кристаллическую структуру, не рассыпается на несколько частей. Естественная прочность детали может быть повышена за счет внесения в состав стального сплава различных легирующих добавок (никель, хром, титан, свинец).
  • Неплохая коррозийная устойчивость (при наличии легирующих компонентов). Если пружина изготовлена из стали с большим содержанием хрома, то она будет хорошо выдерживать коррозию. Физика процесса выглядит так: при наличии в металле хрома на поверхности материала создается тонкая оксидная пленка. Такая пленка препятствует контакту железа с кислородом, азотом, что минимизирует риск возникновения ржавчины.
  • Химическая инертность (при наличии легирующих компонентов). Легирующие добавки на основе ванадия, вольфрама, алюминия, селена, кремния уменьшают вероятность контакта железа с внешними веществами. Поэтому при контакте металла с каким-либо химическим веществом окислительно-восстановительные реакции не возникают. Это делает пружину инертной в химическом смысле.

Легирующие добавки

Чтобы сталь-пружина стала упругой, она должна пройти прокаливание по всему своему сечению. Этот момент является очень важным. Если его проигнорировать, то высокий предел текучести возникнет только на отдельных фрагментах детали. Поэтому при длительном сжатии такая деталь может треснуть, надломиться или лопнуть.

При выборе стального сплава для изготовления пружинно-рессорного элемента нужно помнить о концентрации легирующих добавок. Оптимальная концентрация углерода в составе сплава — 0,5-0,7%. Применение материала с более высоким содержанием углерода допускается, однако в этом нет большого практического смысла. Ведь в таком случае значительно повышается риск растрескивания материала при длительной нагрузке, что делает сталь-пружину бесполезной.

Некоторые дополнительные требования относительно содержания легирующих добавок:

  • Кремний — не более 2,5%.
  • Марганец — до 1,1%.
  • Вольфрам — до 1,2%.
  • Никель — не более 1,7%.

Для получения рессорной стали используются закалка обычного стального материала. Закалку рекомендуется проводить при температуре порядка +800-900 градусов. Во время закалки заметно повышается предел текучести, но одновременно с этим образуется большое количество мартенсита, который негативно влияет на упругость. Для разрушения мартенсита применяются различные технологии. Оптимальная методика — это применение отпуска при средних температурах (400-500 градусов).

Недостатки пружинной стали

  • Плохая свариваемость. Закалка приводит к частичной деформации, разрушению наружного слоя материала. В случае сварки расплавление внешнего закаленного слоя может привести к созданию плохого, некачественного шва с трещинами.
  • Проблематичная резка. Рессорный стальной сплав обладает высоким сопротивлением упругой деформации, поэтому резать такой материал будет сложно.

Марки стальных сплавов

В соответствии с нормами ГОСТ любой металл маркируется с помощью специального короткого кода, который отражает количественный состав сплава. Код имеет буквенно-числовое обозначение. Структура кода такая — ЧЛ1Л2Л3. Расшифровывается код следующим образом:

  • Ч — это число, которая отражает содержание углерода в сотых или десятых долях процента.
  • Л1, Л2, Л3 — это легирующие добавки (буква) и ее содержание в целых долях процентах (число). Если возле обозначения добавки число отсутствует, то это значит, что элемент содержится в концентрации менее 1%. Обозначения для некоторых элементов: Х — хром, Н — никель, С — кремний, Г — марганец, В — вольфрам, А — азот.
  • Если легирующая добавка одна, то она записывается в виде Л1. При наличии дополнительных элементов легирующие добавки записываются в виде Л2, Л3 и так далее.
  • Для примера рассмотрим два сплава: 50ХГ и 65С2ВА. Сплав 50ХГ содержит 0,50% углерода, а также хром и марганец в концентрации менее 1%. Сплав 65С2ВА содержит 0,65% углерода, 2% кремния + вольфрам и азот в концентрации менее 1%.

Источник:
http://martensit.ru/stal/pruzhinnaya-stal/

Пружинная сталь

Многие упругие элементы выполняют ключевую роль в работе различных узлов и механизмов. В процессе эксплуатации они подвергаются многочисленным знакопеременным нагрузкам, под воздействием которых обратимо деформируются, возвращая свою исходную форму и габариты после завершения нагрузки. Характерным отличием их функционирования является то, что при существенных статичных и ударных воздействиях они получают лишь упругое деформирование, а остаточное – не возникает.

Что такое пружинная сталь?

Пружинная сталь представляет собой средне- или высокоуглеродистую сталь с малым объемом легирующих элементов (до 2,5 %), но значительным пределом текучести. Это обуславливает свойство изделий из такого металла приобретать первоначальную форму, невзирая на существенный изгиб, излом, кручение и динамическое нагружение. Эта особенность используется в производстве пружинных изделий, металлических шпаг, фортепианных струн и рессорных хомутов.

Закалка пружинной стали с последующим отпуском при 400-500 °С до величины 45 HRC являются обязательными этапами производства. Пружины из неграмотно закалённого материала становятся ломкими и легко крошатся. Термическая обработка пружинных сталей на многих производствах основательно освоена термистами и выполняется в соответствии с регламентированными в стандартах режимами.

Главные требования, которые ставятся к пружинным сталям и сплавам – обеспечение повышенных показателей гибкости, пластичности, выносливости, сопротивляемости хрупкому разрушению, устойчивости к ослаблению напряжений. Достигается это в большей степени благодаря добавлению легирующих элементов. Кремний – основополагающий компонент стальных сплавов данного типа. Расплавляясь в феррите, он содействует образованию стойкой неоднородности углеродных атомов, задерживающих дислокацию. Параллельно с увеличением твердости сплава, кремний существенно уменьшает ее пластичность и обуславливает обезуглероживание, что очень ограничивает использование недорогих, чисто кремнистых сплавов.

Свойства и применение пружинной стали

Наличие кремния в разных рессорно-пружинных сталях составляет 0,17-2,60% в зависимости от класса. Помимо этого, полезными легирующими добавками считаются хром и марганец при совокупном легировании, поскольку они увеличивают сопротивляемость к низким пластическим деформациям, одновременно увеличивая многие технологические свойства сплава. Добавление ванадиевых, молибденовых и вольфрамовых включений обеспечивает образование стойкой тонкой однородной структуры и карбидной фракции, блокирующей дислокацию. Для улучшения технико-эксплуатационных свойств в состав стали вводят микродозы бора.

Максимальными физико-механическими качествами отличаются пружинные стали марки 70СЗА и 60С2ХА. Их параметры упругости достигают 1100 МПа, а твердость – до 48 HRC по шкале Роквелла. При этих показателях металл чувствителен к концентраторам напряжений (поверхностным дефектам). При их отсутствии параметры выносливости металла на изгиб – выше 550 МПа, а на кручение – 350 МПа. Для снижения этой чувствительности готовые изделия получают наружный паклен обдуванием дробью. В результате такого упрочнения показатели выносливости возрастают в 2 раза.

Нержавеющая проволока из пружинной стали используется для изготовления пружин сжимания, растяжения и кручения, эксплуатирующихся без изоляции в дистилляте, водно-паровой среде, солевых, щелочных и спиртовых растворах, морской воде. Такая проволока оптимально подходит для производства пружин, использующихся в химико-пищевой отрасли, для работы в температурном диапазоне −250 °С…+250 °С.

Конструкционная пружинная сталь 65г получила наибольшее распространение в производстве упругих частей разных механизмов (рессор, пружин и шайб) благодаря дешевизне, повышенной твердости и упругости. Единственным недостатком, ограничивающим ее использование в приборостроении, является невысокая усталостная прочность (менее 200.000 циклов). Сталь этой марки обладает твердостью в незакаленном виде 25 HRC, после закалки она возрастает до 61 HRC.

Легированная пружинная сталь 60с2а характеризуется дешевизной, высокой упругостью, износоустойчивостью, отсутствием отпускной хрупкости. Такой металл не боится деформации от физико-механических контактов и давления. Он не нуждается в защитном покрытии, может эффективно эксплуатироваться при обычной влажности. Максимальная температура его применения – не более 250 ºС. Используется в производстве разнообразных изделий металлопроката.

Сталь пружинная листовая актуальна в производстве морского, пищевого и медицинского оборудования, где рабочая среда требует повышенной коррозиеустойчивости. По прочности такая сталь немного уступает нержавеющей.

Читайте также  Никелирование в домашних условиях своими руками ✋ технология и оборудование - 6 микрон

Коррозионная стойкость пружинных нержавеющих сталей связана с повышенным уровнем хрома и молибдена. Кроме этого, они сочетают в себе прекрасную сопротивляемость к трещинообразованию под нагрузкой и значительную физико-механическую прочность.

Сварка пружинной стали имеет свои сложности. Как правило, предварительно металл упрочняется термоспособом, а при проведении сварки данное упрочнение разрушается. Решением проблемы может быть сварка соответственным ферритным электродом за счет предварительного нагревания и дальнейшего отпуска для предотвращения трещин в области термовоздействия. При сварке аустенитными электродами на основе нержавейки или никеля риск образования трещин уменьшается за счет повышенной растворенности водорода и хорошей пластичности плавящегося металла.

Официально принята буквенно-цифровая система маркировки пружинной стали. Главные легирующие добавки имеют специальный буквенный код. Числовое обозначение показывает уровень процентного содержания конкретного элемента. Если количество отдельного компонента не превышает 1,5 %, то число после буквенного индекса не указывают. Уровень углерода отображается в начале шифра в сотых долях %.

Источник:
http://promplace.ru/metallicheskie-izdeliya-i-konstrukcii-staty/pruzhinnaya-stal-1497.htm

Особенности сварки различных видов сталей

Для улучшения свойств и характеристик сталей, в их состав вводят различные добавки. Изменяя кристаллическую решетку материала, добавки влияют не только на прочность или коррозионную стойкость материала, но и на способность к свариванию. Для некоторых сплавов сварка проходит очень легко, но есть материалы, требующие особого подхода.

Углеродистые

Одной из самых распространенных добавок при производстве стали, безусловно, является углерод. Согласно ГОСТ 380-2005, в зависимости от его количества в составе сталей, последние могут быть:

  • низкоуглеродистыми, с содержанием углерода не более 0,25% от объема;
  • среднеуглеродистыми, содержащие углерод в количестве 0,25%-0,6%;
  • высокоуглеродистые, в которых содержится от 0,6% до 2,07% углерода от объема материала.

Сварка углеродистых сталей характеризуется рядом особенностей, позволяющих получить качественный однородный шов.

При соединении деталей из углеродистых сталей, их располагают так, чтобы шов оказался «на весу». Для этого детали на столе для сварки надежно фиксируют при помощи приспособлений для сборки – струбцин, скоб, тисков.

В начале и конце шва устанавливают специальные планки из того же материала, что и свариваемые детали. Начало и окончание процесса сварки происходит на этих планках. Таким образом, шов по всей длине получается однородным, обладающим стабильными свойствами и имеющим точные заданные характеристики.

Закрепив детали и разгонные планки в нужном положении, проводят прихватки металла по длине шва. Предпочтительно делать прихватки с обратной стороны шва.

Если толщина свариваемых деталей велика и планируется производить многослойную сварку в несколько проходов, прихватки допускается производить с лицевой стороны шва.

При многослойной сварке, каждый предыдущий слой осматривают на наличие трещин и непроваров. При их обнаружении металл шва срезают, разделывают кромки, и процесс повторяют.

Главное требование при сваривании заключается в том, что прочность металла шва и околошовной области не должна уступать прочности металла деталей.

Низкоуглеродистые

Малоуглеродистая сталь, имеющая в своем составе, помимо углерода еще и легирующие добавки сваривается, как правило, с применением любой из сварочных технологий.

Работа не требует высокой квалификации сварщика. Такие материалы относятся к числу хорошо свариваемых сталей. Поэтому здесь может с успехом применяться обычная дуговая сварка.

Особенностями сварки низкоуглеродистых сталей является пониженное содержание углерода в металле шва и увеличенное количество легирующих добавок, поэтому возможно некоторое упрочнение металла шва по отношению к металлу деталей.

Еще одной проблемой, которую следует учитывать, является повышенная хрупкость шва при выполнении многослойной сварки.

Для выполнения соединений низкоуглеродистых сталей применяются электроды с рутиловым и кальциево-фтористорутиловым покрытием. Профессиональные сварщики используют электроды, в обмазку которых добавляют немного порошка железа. Из электродов, выпускаемых промышленностью, для сварки подходят следующие марки: УОНИ-13/85, ЦЛ-14, ЦЛ-18-63.

Стали с малым количеством углерода легко сваривать, применяя ацетилен. При этом даже можно обойтись без использования флюса, а газ расходуется в небольшом объеме.

Для получения качественного стыка, обладающего прочностью, не меньшей, чем основной металл, применяют кремнемарганцевую сварочную проволоку. По окончании работы со швом пламя не гасят и не снимают его со стыка деталей, а плавно отклоняют, давая шву остыть.

Если убрать пламя сразу, то без флюса материал шва, будучи разогретым, окислится. Чтобы придать шву лучшие прочностные свойства, металл шва, как правило, проковывают и подвергают термической обработке.

Среднеуглеродистые

Из-за большого количества углерода соединение таких деталей осложняется. В результатах работы это выражается в том, что металл детали и сварного стыка может быть различной прочности. Помимо этого вблизи кромок шва могут образовываться трещины и очаги с ярко выраженной хрупкостью материала.

Чтобы избежать указанных недостатков, применяют электроды, в составе материала которых содержится низкое количество углерода.

При повышении тока, необходимом для разогрева соединяемых деталей, возможно проплавление основного металла. Чтобы исключить подобные случаи, производится разделка кромок соединяемых деталей.

Еще одним мероприятием по повышению качества соединения является предварительный разогрев и постоянный подогрев деталей в процессе. При сваривании сталей полуавтоматом для повышения качества шва лучше осуществлять движения электродом не поперек, а вдоль стыка деталей и использовать короткую дугу. Для работы применяют электроды марок УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, К-5а.

При использовании ацетилена для сварки среднеуглеродистых сталей добиваются такого пламени горелки, при котором расход газа составит 75-100 дм³/ч. Для изделий, имеющих толщину 3 миллиметра и более, применяется общий подогрев до 250-300 °C или местный до 600-650 °C.

После сварки шов проковывают и подвергают термической обработке. Для сварки изделий из металла с количеством углерода, близким по содержанию к высокоуглеродистым сталям, используют специальный флюс.

Высокоуглеродистые

Стали с высоким содержанием углерода очень плохо поддаются сварке. Для соединения деталей из таких материалов применяются другие альтернативные способы.

Сварка высокоуглеродистых сталей, стойких к коррозии, осуществляется только при проведении ремонтных работ.

В этом случае применяется предварительный прогрев области шва до 250-300 °C и последующая термообработка шва. Совершенно не допускается производить сварочные работы с высокоуглеродистыми сталями при температуре воздуха ниже 5 °C или при наличии на месте сварочных работ сквозняков.

При соблюдении всех условий, сварка высокоуглеродистых сталей производится теми же приемами, что и среднеуглеродистых.

Допускается газовая сварка ацетиленом. Мощность пламени горелки должна обеспечивать расход газа в пределах 75-90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины шва.

Для предотвращения окисления, используются флюсы, составы которых аналогичны флюсам, используемым при сварке среднеуглеродистых сталей. После газовой сварки осуществляется проковка шва с последующим отпуском.

Аустенитные

Аустенитными сталями называют материалы, в составе которых присутствует высокотемпературная фаза железа – аустенит. Они входят, например, в группу хромоникелевых сталей, которые могут работать в различных агрессивных средах и при очень больших значениях температур.

Главной особенностью при сварке коррозионностойкой стали, является необходимость обеспечения стойкости к межкристаллической коррозии в околошовной зоне.

Проблема заключается в том, что даже при предварительном подогреве стали, по границам нагрева из кристаллической решетки выпадают карбиды хрома. В результате уменьшения количества этого элемента в составе материала, при повторном нагреве на границах появляются коррозионные растрескивания.

На практике может понадобиться создание конструкций с использованием аустенитных сталей с хромоникелевыми легирующими добавками, которые будут работать в условиях высоких температур. Для сварки таких конструкций нужно выбирать материалы, в которых содержание углерода возможно низкое.

Если необходимо, чтобы процентное содержание углерода было выше, и при этом конструкции из стали выполняли свое назначение в условиях агрессивных сред и высоких температур, нужно выбирать легирующую добавку, близкую по свойствам к углероду.

В качестве такой добавки может использоваться титан, цирконий, тантал, ванадий, вольфрам. Эти элементы связывают углерод, который выделяется из стали в процессе последующего нагрева, и препятствуют обеднению околошовных участков в процессе сварки.

Нержавейка

Чаще всего нержавеющие стали, используемые в промышленности, получают свои антикоррозийные свойства посредством введения легирующих добавок – хрома и никеля.

При сварке хромированных деталей необходимо учитывать, что при высокой температуре (более 500 °C), возможно окисление стыка деталей.

Чтобы избежать этого применяют аргонодуговую сварку, или TIG-сварку (ТИГ). Такая технология предусматривает осуществление сварочных операций без доступа воздуха непосредственно к зоне сварки. Соответственно отсутствие кислорода, наличие которого в воздухе обязательно, устраняет предпосылки к окислению материала.

Ограничение доступа воздуха осуществляется путем введения в зону сварки аргона, инертного газа, который будучи тяжелее воздуха, вытесняет его. Иногда такой способ называют сваркой стали аргоном. На самом деле сталь либо просто сваривается между собой дугой, либо с помощью присадочного материала.

Для аргонодуговой сварки требуется специальное оборудование. Работы ведутся неплавящимися вольфрамовыми электродами, требования к которым определяются ГОСТ 10052-75.

Вторая проблема заключается в следующем. Нержавеющие стали имеют высокий коэффициент температурного расширения, и при сварке листовой стали, когда стык имеет большую длину в сравнении с линейными размерами детали, в процессе остывания возможно искривление сварочного шва.

Проблема решается путем выставления зазоров между листами и применением прихваток, фиксирующих детали в нужном положении.

Инструментальные

Инструментальная сталь относится к числу твердых, стойких к механическим воздействиям материалов. Из нее изготавливают слесарные, столярные инструменты, части оборудования для различных отраслей промышленности.

Рабочие органы инструментов – сверла, резцы, назначение которых воздействовать на материалы с целью их обработки, очевидно должны быть прочнее и тверже обрабатываемых материалов. Достигаются такие свойства путем включения в состав большого количества углерода и легирующих добавок – никеля, хрома, молибдена.

Сварка инструментальной стали применяется при ремонте оборудования, инструментов. В этом случае к сварочным швам предъявляются высокие требования: стыки должны быть однородными с остальной частью материала, а их прочность не должна отличаться во избежание возникновения концентрации напряжений при работе.

Чтобы обеспечить соблюдение таких требований необходимо применять специальные электроды. В большинстве случаев это могут быть УОНИ-13/НЖ/20Ж13.

При сварке специальных углеродистых сталей, применение которых узконаправлено, используются электроды, разработанные для определенных марок.

При правильном определении характеристик материала, типа сварки и режимов, при использовании электродов соответствующих марок, сварочные швы будут обладать высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Источник:
http://svaring.com/welding/soedinenie/svarka-stali