и поверхностной обработки на свойства упругих элементов

Обезуглероженный слой практически всегда присутствует на поверхности рессор и пружин. Он образуется на всех стадиях технологического передела, производимых с нагревом стали (при прокатке, волочении и др.). В соответствии с ГОСТ 14959—79 допускается глубина обезуглероженного слоя для всех сталей 2 % толщины проката (при сечении до 8 мм) и до 1,5 % (при сечении свыше 8 мм); для сталей, легированных кремнием, глубина этого слоя на 0,5 % выше. Нагрев стали для формообразования упругих элементов и их термической обработки вызывает дальнейшее увеличение глубины слоя и степени обезуглероживания (снижение содержания углерода в обезуглероженном слое), особенно на крупных пружинах и рессорах в связи с большой длительностью их нагрева.

Поверхностное обезуглероживание ухудшает прочность при статическом и многоцикловом нагружении и релаксационную стойкость, т. е. основные характеристики, определяющие долговечность упругих элементов в эксплуатации. Это ухудшение весьма существенно. В частности, на стали 60С2 с твердостью HRC 45 показано, что при испытании на изгиб с вращением усталостная прочность при глубине обезуглероживания 0,1 мм понизилась в два раза.

Отрицательное влияние обезуглероживания на сопротивление многоцикловой усталости связано как с изменением состава и свойств металла в наиболее нагруженных поверхностных слоях, так и с возникновением там остаточных растягивающих напря­жений, облегчающих распространение усталостной трещины. Знак и величина остаточных напряжений в поверхностном слое оказывают большое влияние на усталостную прочность материала, при этом сжимающие напряжения препятствуют зарождению и распространению усталостной трещины и приводят к значительному повышению циклической прочности; растягивающие на­пряжения снижают усталостную прочность.

Обезуглероженный слой может оказать и положительное действие, несколько повышая сопротивление стали коррозион­ному разрушению, сопротивление разрушению при ударных на­грузках, малоцикловой усталости, особенно при наличии на по­верхности острых концентраторов напряжений. Однако в связи с неконтролируемостью процессов обезуглероживания, указанное положительное влияние обезуглероженного слоя не удается практически использовать,

Установлено, что основное влияние на свойства упругих эле­ментов оказывает степень обезуглероживания, характеризуемая содержанием углерода в обезуглероженном слое; глубина слоя с пониженным содержанием углерода влияет в меньшей степени.

Мерами уменьшения отрицательных последствий поверхност­ного обезуглероживания являются использование скоростного нагрева, защитных покрытий, контролируемых и науглерожива­ющих атмосфер, зачистка проката, применение поверхностного упрочнения, особенно поверхностного пластического деформи­рования (наклепа дробью). Экономически оправдан и другой путь — модификация химического состава стали за счет легиро­вания ее сильными карбидообразующими элементами (например, сталь марки 55С2ГФ для крупных винтовых пружин). За счет связывания углерода в карбиды и уменьшения его диффузион­ной подвижности возможно уменьшение обезуглероживания на всех стадиях металлургических и машиностроительных пере­делов.

Упругие элементы из сталей общего назначения имеют низ­кую коррозионную стойкость, что не позволяет использовать их в агрессивных средах. Для предупреждения коррозии, вызываю­щей снижение механических свойств, широко используют галь­ванические покрытия металлами (хромирование, кадмирование, цинкование и др.). При их нанесении неизбежно происходит наводороживание и при этом повышается хрупкость пружин. Низкие прочностные свойства осажденных слоев и возникающие при осаждении остаточные растягивающие напряжения в поверх­ностных слоях также ухудшают свойства пружин. С целью обезводороживания пружины после нанесения гальванических по­крытий подвергают низкому отпуску при 150—250°С. Продол­жительность выдержки зависит от типа покрытий и составляет от 2 ч (после хромирования) до 12 ч (после кадмирования). Лучше проводить отпуск в вакууме 1,33—0,13 Па.

Кроме металлических покрытий используют также оксиди­рование и фосфатирование. При этом охрупчивания и снижения механических свойств не происходит, однако невысокая корро­зионная стойкость обеспечивает эксплуатацию пружин лишь в атмосферных условиях.

7. Контроль качества упругих элементов

Контроль качества наиболее распространенных в технике вин­товых цилиндрических пружин включает следующие операции.

Наружный осмотр. На поверхности пружин не допускаются трещины, риски, волосовины и другие грубые дефекты. Для кон­троля ответственных пружин используют магнитную или люми­несцентную дефектоскопию.

Испытания под рабочей нагрузкой. Определяется высота пру­жины при минимальной и максимальной рабочих нагрузках. Часто используют обжатие до соприкосновения витков, при этом пружины из патентированной проволоки при первом обжатии дают остаточную деформацию, при последующих обжатиях зна­чительного изменения свободной высоты не наблюдается, пружина становится стабильной.

Динамические испытания. Эти испытания выполняют на ко­прах под ударами свободно падающей бабы. Качество пружин оценивается наружным осмотром и измерением свободной вы­соты.

Испытания длительной нагрузкой (заневоливание). Они ха­рактеризуют релаксационную стойкость пружин. Их применяют для особо ответственных пружин, эксплуатируемых при динами­ческих и циклических нагрузках.

Заневоливание выполняют путем выдержки пружин в сжа­том состоянии в течение определенного времени при комнатной или повышенной температурах.

Длительное заневоливание (в течение не менее 12 ч) применяют для пружин, поломка которых может вызвать аварию механизма. При этом испытывают надежность пружины при длительной на­грузке и достигают ограничение релаксации пружины при экс­плуатации, т. е. сохранение несущей способности пружины в уста­новленных допусками пределах при заданной ее осадке. При вы­держке под нагрузкой в пружине происходит релаксация напря­жений, проявляющаяся в осадке пружин; при последующей эксплуатации осадка пружин увеличивается незначительно. За­неволивание обычно проводят при напряжениях на 10 % выше рабочих напряжений в готовой пружине. Для крупных винтовых пружин рекомендуют заневоливание при напряжениях 0,5σ_0,2 в течение 20—30 ч.

Для менее ответственных пружин (пружины защелок, ручных приводов и т. п.) используют кратковременное заневоливание в течение 2—3 мин.

Положительно влияет на качество пружин теплое заневоли­вание (термофиксация), повышающее предел упругости, релакса­ционную стойкость и ограниченную выносливость пружин. Теп­лое заневоливание рекомендуется выполнять в оправках, фикси­рующих геометрические размеры пружин. В числе вероятных причин положительного влияния термофиксации называют воз­никновение благоприятных внутренних напряжений и стабиль­ность субструктуры в связи с образованием атмосфер из внедрен­ных атомов на дефектах кристаллической структуры.

В зависимости от типа и условий работы пружин виды и объем испытаний могут различаться. В частности, пружины кручения испытывают с определением угла закручивания и крутящего момента, плоские пружины испытывают на остаточную деформа­цию при изгибе и т. п.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: