Tabulka tepelného zpracování pružinových ocelí

Vynález se týká metalurgie, konkrétně tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli, a může být použit při výrobě pružin, pružnic a dalších pružných prvků ve strojírenství.

Je známa metoda tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli 60C2 izotermickým kalením od 870 °C s 30minutovou výdrží při 350 °C (viz Rakhshtadt A.G. Pružinové oceli a slitiny. – M.: Metalurgie, 1971, s. 140).

Provozní trvanlivost pružin zpracovaných touto metodou je však v důsledku vysoké tvrdosti (HRC 48-52) při zvýšených teplotách kalení tak nízká, že při opakovaném zatížení pružiny křehnou již po 5-10 tisících zatíženích.

Nejblíže navrhovanému vynálezu z hlediska technické podstaty a dosaženého výsledku (prototypu) je způsob tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli, zahrnující izotermické kalení od 860 do 870 °C s výdrží při 350 °C po dobu 30 minut a popouštění při 350 °C po dobu 30 minut na tvrdost HRC 44-48 (viz Apaev B.A., Medyanov S.A., Tepelné zpracování pružinových ocelí // Metal Science and Heat Treatment of Metals. 1969. – č. 2. – s. 2).

Hlavní nevýhodou této metody tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli je neuspokojivá provozní trvanlivost pružin zpracovaných touto metodou, a to v důsledku nízkých hodnot viskozity a plasticity. Provozní trvanlivost pružiny po takovém tepelném zpracování při opakovaných rázových zkouškách proto dosahuje pouze 20–25 tisíc zatížení. Nízká viskozita a plasticita pružin se vysvětluje skutečností, že u ocelí typu 60 C2 se během izotermické výdrže delší než 20 minut začínají oddělovat karbidy, přičemž se snižuje množství zbytkového austenitu a snižuje se i rázová houževnatost (viz Rachštadt A.G. Pružinové oceli a slitiny. Moskva: Metalurgie, 1971, s. 137).

Vynález řeší problém zvýšení provozní trvanlivosti pružin vyrobených z křemíkové oceli, zpracované navrhovaným způsobem, až na 80-100 tisíc zatížení bez destrukce při náhlém nárazovém zatížení.

Pro dosažení tohoto technického výsledku u metody tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli, zahrnující izotermické kalení s výdrží a následné popouštění, se izotermické kalení s výdrží provádí ve dvou fázích. V tomto případě se v první fázi provádí izotermické kalení od 900 do 920 °C s výdrží při 355 do 365 °C po dobu 5 až 7 minut a ve druhé fázi se provádí izotermické kalení od 830 do 840 °C s výdrží při 355 do 365 °C po dobu 12 až 15 minut. Popouštění se provádí při 200 do 220 °C na vzduchu po dobu 40 až 50 minut nebo v peci s fluidním ložem po dobu 15 až 20 minut.

Zvýšení provozní trvanlivosti pružin vyrobených z křemíkové oceli až na 80-100 tisíc zatížení bez destrukce při náhlém nárazovém zatížení je způsobeno tvorbou bezkarbidového (spodního) bainitu se stabilním zbytkovým austenitem během izotermického kalení, což zajišťuje vysoký komplex mechanických vlastností oceli. Kromě toho je zvýšení provozní trvanlivosti po izotermickém kalení způsobeno přítomností zbytkového austenitu ve struktuře, který během plastické deformace podporuje relaxaci mikronapětí, snižuje napěťové špičky na strukturálních vadách a citlivost na vruby.

Zvýšení teploty kalení v prvním stupni na 900-920 °C má za cíl získat homogenní austenit rozpuštěním nitridů, oxidů, sulfidů a eliminací sekundární páskování.

Teplota kalení nižší než 900 °C nezajišťuje homogenitu austenitu v důsledku neúplného rozpuštění nitridů a sulfidů, což nevylučuje vznik sekundárního páskování.

Zahřívání pro kalení nad 920 °C je doprovázeno růstem zrna.

Ponechání po dobu 5-7 minut při teplotě pod 355 °C nezajistí vznik nerovnovážné struktury; teplota nad 365 °C je doprovázena vznikem rovnovážné struktury.

První fáze izotermického kalení s výdrží při teplotě 355-365 °C po dobu 5-7 minut je nezbytná jako předběžné přerušované, tj. postupné kalení za vysoké teploty, které vede k tvorbě nedokonalostí v krystalické struktuře a vzniku nerovnovážné struktury, která podporuje sféroidizaci karbidů během následného ohřevu pro kalení.

Druhá fáze izotermického kalení zahrnuje snížení teploty o 30–40 °C, tj. na 830–840 °C místo 860–870 °C u prototypu, za účelem změny zrnitosti, v důsledku čehož se zvýší mechanické vlastnosti křemíkové oceli.

Teploty ohřevu pod 830 °C, i přes tvorbu jemnějších zrn, nezajišťují dostatečné rozpuštění uhlíku v austenitu k zajištění požadované tvrdosti po kalení.

Ohřev nad 840 °C je doprovázen růstem zrna a poklesem komplexu mechanických vlastností oceli.

Zajištění vysokého komplexu mechanických vlastností nízkocyklové únavy a odolnosti proti opakovanému nárazu se dosahuje výdrží po dobu 12-15 minut při teplotě 355-365 °C za účelem získání struktury bezkarbidového (nižšího) bainitu se stabilním zbytkovým austenitem, obohaceným uhlíkem bez uvolňování karbidů (viz Kaletin Yu.M. Legování a tepelné zpracování ocelí s bainitickou strukturou // Metal Science and Heat Treatment of Metals. 1987. – č. 10. – s. 13-16).

Popouštění při 200–220 °C je nezbytné pro zmírnění kalicích napětí. Je optimální, protože popouštění pod 200 °C dostatečně neuvolňuje kalicí napětí a popouštění nad 220 °C vede k oslabení oceli snížením tvrdosti.

Během popouštění probíhají po dobu 40–50 minut relaxační procesy tepelných a fázových přeměn, ke kterým dochází při kalení, což přispívá ke zvýšení rázové houževnatosti. Při popouštění kratším než 40 minut však rázová houževnatost nepřesahuje 1,3 kJ/m2 místo 1,4 kJ/m2. Doba popouštění delší než 50 minut je doprovázena koalescencí karbidové fáze a poklesem rázové houževnatosti.

Provádění popouštění ve fluidní peci po dobu 20-30 minut, tj. dvakrát kratší dobu než ve vzduchovém prostředí, je optimální, protože ve fluidní peci dochází k rychlejšímu odstranění zpevňovacích napětí a stabilizaci strukturního stavu oceli díky intenzivní výměně tepla. Kromě toho je ve fluidní peci srážka částic křemenného písku s pružinou doprovázena dynamickým zpevněním.

Nárokovaný vynález je vysvětlen tabulkou, která ukazuje ukazatele mechanických vlastností a provozní trvanlivosti talířových pružin vyrobených z oceli 60C2 po tepelném zpracování známými metodami vybranými jako analog a prototyp a s použitím navrhované metody.

Metoda tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli se provádí následovně. Nejprve se provádí izotermické kalení pružin s výdrží ve dvou fázích. V první fázi se provádí izotermické kalení pružin od 900 do 920 °C s výdrží při 355 do 365 °C po dobu 5-7 minut. Ve druhé fázi se provádí izotermické kalení od 830 do 840 °C s výdrží při 355 do 365 °C po dobu 12-15 minut. Poté se provádí popouštění při 200 do 220 °C na vzduchu po dobu 40-50 minut nebo v peci s fluidním ložem po dobu 20-30 minut.

Příklad konkrétní implementace navrhované metody.

V první fázi izotermického kalení se deskové a U-tvarované pružiny pro nábytkové panty vyrobené z oceli 60C2 zahřívají v roztavené chloridové soli na teplotu 900–920 °C, udržují se pro rovnoměrné zahřátí „tuhnutí“ a chladí se v ledkové lázni při teplotě 355–365 °C po dobu 5–7 minut.

Ve druhé fázi izotermického kalení se tyto pružiny opět zahřejí na teplotu 830-840 °C v roztavené chloridové soli, udržují se při této teplotě po dobu 12-15 minut a poté se ochladí na vzduchu (viz tabulka, příklad 3).

Poté se provádí popouštění za účelem snížení zpevňovacích napětí strukturního stavu oceli při teplotě 200-220 °C v prostředí vzduchu po dobu 40-50 minut, nebo se popouštění provádí ve fluidní peci po dobu 20-30 minut, tj. 2krát kratší dobu, protože ve fluidní peci dochází k rychlejšímu odstranění zpevňovacích napětí a stabilizaci strukturního stavu oceli v důsledku intenzivní výměny tepla (viz tabulka, příklad 4).

Za účelem získání srovnávacích dat se tepelné zpracování provádí paralelně podle známé metody tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli 60C2 izotermickým kalením z 870 °C s 30minutovou výdrží při 350 °C, zvolené jako analog (viz tabulka, příklad 1), a tepelné zpracování se provádí v souladu s metodou tepelného zpracování pružin z křemíkové oceli, která spočívá v tom, že deskové pružiny ve tvaru U o tloušťce 0,6 mm vyrobené z oceli 60C2 se zahřívají v roztavené chloridové soli na teplotu 860-870 °C podle prototypové metody, udržují se do vyrovnání teplot, provádí se izotermická výdrž při 350 °C po dobu 30 minut s chlazením vzduchem a poté se provádí popouštění při 350 °C po dobu 30 minut (viz tabulka, příklad 2).

Jak vyplývá z tabulky, provozní trvanlivost pružin vyrobených z křemíkové oceli po tepelném zpracování podle nárokované metody je 3-4krát vyšší než provozní trvanlivost pružin vyrobených z křemíkové oceli po tepelném zpracování podle metody zvolené jako prototyp a 8-10krát vyšší než provozní trvanlivost pružin vyrobených z křemíkové oceli po tepelném zpracování podle metody zvolené jako analog.

Provozní trvanlivost pružin vyrobených z křemíkové oceli se tak zvyšuje na 80–100 tisíc zatížení bez zničení při náhlém nárazovém zatížení, za předpokladu, že jsou tepelně zpracovány v souladu s uvedenou metodou.

Podobné patenty RU2257418C1

• Čertovskih Jevgenij Olegovič
• Okolovič Gennadij Andrejevič
• Gabets Alexandr Valerievič

• Guryev A.M.
• Okolovič G.A.
• Čeprasov D.P.
• Zemljakov S.A.

• Adigamov Ruslan Rafkatovič
• Andrejev Anton Romanovič
• Nikišin Igor Alexandrovič
• Žitelev Pavel Sergejevič
• Karlina Antonina Igorevna
• Manakov Dmitrij Gennadijevič
• Rodina Larisa Albertovna
• Kairis Jan Olegovič

• Okolovič G.A.
• Jevtušenko A.T.
• Guryev A.M.
• Klimov D.A.
• Okhrimenko S.A.
• Šilova V.M.

• Afonin Boris Vladimirovič
• Velikolug Alexandr Michajlovič
• Voronin Pavel Vjačeslavovič
• Voronin Roman Pavlovič

• Okolovič G.A.
• Jevtušenko A.T.
• Okhrimenko S.A.
• Semenčina A.S.

• Tsenev V.A.
• Strebkov V.A.

• Makarenko Konstantin Vasilievič
• Zentsová Jekatěrina Aleksandrovna

• Trutnev Nikolaj Vladimirovič
• Tumašev Sergej Vladimirovič
• Lochanov Dmitrij Valerievič
• Bunjašin Michail Vasiljevič
• Mjakotina Irina Vasiljevna
• Čubukov Michail Jurjevič
• Konovalov Sergej Sergejevič
• Bitjukov Sergej Michajlovič

• Svischenko Vladimir Vladimirovič
• Čeprasov Dmitrij Petrovič
• Radčenko Michail Vasiljevič
• Filatov Jurij Alexandrovič
• Seidurov Michail Nikolajevič

Abstrakt patentu z roku 2005 ZPŮSOB TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ KŘEMÍKOVÝCH OCELOVÝCH PRUŽIN

Vynález se týká metalurgie, konkrétně tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli, a může být použit při výrobě pružin, pružin a dalších pružných prvků ve strojírenství. Způsob tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli spočívá v izotermickém kalení s výdrží a následném popouštění. Izotermické kalení s výdrží se provádí ve dvou fázích. V první fázi se izotermické kalení provádí od 900 do 920 °C s výdrží při 355 do 365 °C po dobu 5 až 7 minut. Ve druhé fázi se izotermické kalení provádí od 830 do 840 °C s výdrží při 355 do 365 °C po dobu 12 až 15 minut. Popouštění se provádí při 200 do 220 °C na vzduchu po dobu 40 až 50 minut nebo v peci s fluidním ložem po dobu 20 až 30 minut. Nárokovaný vynález umožňuje zvýšit provozní trvanlivost pružin vyrobených z křemíkové oceli na 80 až 100 tisíc zatížení bez destrukce při náhlém nárazovém zatížení. 1 tabulka.

Vzorec podle vynálezu RU 2 257 418 C1

Způsob tepelného zpracování pružin vyrobených z křemíkové oceli, zahrnující izotermické kalení s výdrží a následné popouštění, vyznačující se tím, že izotermické kalení s výdrží se provádí ve dvou fázích, přičemž v první fázi se provádí izotermické kalení od 900 do 920 °C s výdrží při 355 až 365 °C po dobu 5 až 7 minut a ve druhé fázi se provádí izotermické kalení od 830 do 840 °C s výdrží při 355 až 365 °C po dobu 12 až 15 minut, přičemž popouštění se provádí při 200 až 220 °C na vzduchu po dobu 40 až 50 minut nebo v peci s fluidním ložem po dobu 20 až 30 minut.

Dokumenty citované v rešeršní zprávě 2005 Patent RU2257418C1

• D. A. Kalner, M. I. Stepan Nts, A. P. Morozov, M. A. Shakhov, S. S. Shibalova, G. M. Perminov V. A. Nakhalov
• Ústřední vědecký výzkumný ústav černobylské metalurgie, závod I. P. Bardina, bolševik

• Simochkin Vasilij Vasiljevič
• Rjabová Tamara Semjonovna

• Rakhštadt Alexandr Grigorjevič
• Vorobjová Irina Gennadievna

• Zacharyčev V.V.
• Kovalenko L.V.

Pružinové oceli 65G, 60S2A a 50KhFA patří do skupiny pružinových konstrukčních ocelí, které se používají k výrobě pružných prvků pracujících při konstantním dynamickém zatížení. Tepelné zpracování těchto ocelí je klíčovým procesem pro dosažení optimální kombinace mechanických vlastností v souladu s požadavky aktuální normy GOST 14959-2016.

Hlavním cílem tepelného zpracování pružinových ocelí je dosažení vysoké meze pružnosti při zachování dostatečné plasticity a viskozity. Správně provedené tepelné zpracování zajišťuje vznik troostit-martenzitické struktury, která zaručuje vysokou relaxační odolnost a odolnost proti únavovému porušení.

Kritické: Nesprávně provedené tepelné zpracování může vést ke zvýšené křehkosti výrobků, snížení elastických vlastností a předčasnému selhání pružinových prvků. Vždy dodržujte aktuální technické požadavky.

Důležité informace o relevanci norem: Tento článek vychází ze současné normy GOST 14959-2016, která od 14959. ledna 79 nahradila zastaralou normu GOST 1-2018. Při použití těchto informací v praxi se řiďte aktuální verzí normy GOST 14959-2016.

Chemické složení a vlastnosti ocelí

Ocel 65G

Ocel 65G je uhlíkovo-manganová ocel s obsahem uhlíku asi 0,65 % a manganu do 1 %. Mangan zvyšuje prokalitelnost oceli a pomáhá dosáhnout vysoké tvrdosti po kalení. Mezi hlavní vlastnosti patří dobrá obrobitelnost, vysoká odolnost proti opotřebení a schopnost hlubokého prokalení.

Ocel 60S2A

Ocel 60S2A je vysoce kvalitní křemíková ocel s obsahem uhlíku asi 0,60 % a křemíku asi 2 %. Křemík výrazně zvyšuje mez pružnosti a relaxační odpor, díky čemuž je tato ocel ideální pro výrobu vysoce zatížených pružin. Označení „A“ označuje vysoce kvalitní ocel se sníženým obsahem škodlivých nečistot.

Ocel 50HFA

Ocel 50KhFA je vysoce kvalitní chrom-vanadová ocel s obsahem uhlíku asi 0,50 %, chromu a vanadu. Komplexní legování zajišťuje vysokou pevnost, vynikající kalitelnost a schopnost pracovat při zvýšených teplotách až do 300 °C. Vanad zjemňuje zrno a zvyšuje únavovou pevnost.

Učební bod – Proč je důležité udržovat standardy aktuální:

Není náhoda, že GOST 14959-2016 (současná norma) v roce 14959 nahradila GOST 79-2018. Nová norma zohledňuje:

• Moderní metody výroby oceli s přesnější kontrolou složení

• Aktualizované požadavky na nekovové příměsi

• Přísnější kritéria kvality povrchu

• Moderní metody testování mechanických vlastností

Používání zastaralého standardu může vést k produktům, které nesplňují moderní požadavky na bezpečnost a kvalitu.

Způsoby kalení pružinových ocelí

Kalení je první a nejdůležitější fází tepelného zpracování pružinových ocelí. Proces zahrnuje zahřátí oceli do austenitického stavu a následné rychlé ochlazení za účelem získání martenzitické struktury.

Režimy temperování

Pro ocel 65G je optimální teplota kalení 800-830 °C. Ohřev se provádí v pecích s řízenou atmosférou, aby se zabránilo oduhličení povrchu. Doba výdrže na teplotě kalení závisí na tloušťce průřezu výrobku a obvykle je 1-2 minuty na milimetr tloušťky.

Ocel 60S2A vyžaduje vyšší teplotu kalení – 850-870°C, což je dáno přítomností křemíku ve složení. Křemík zvyšuje stabilitu austenitu a vyžaduje intenzivnější ohřev pro úplné rozpuštění karbidů.

U oceli 50KhFA je teplota kalení 860-880 °C. Přítomnost chromu a vanadu podporuje tvorbu speciálních karbidů, které k rozpuštění v austenitu vyžadují vysoké teploty.

Příklad výpočtu doby ohřevu:

Pro pružinu vyrobenou z oceli 60C2A s průměrem drátu 5 mm:

Doba ohřevu = 5 mm x 1,5 min/mm = 7,5 minuty

Doba výdrže při teplotě = 5 mm x 1 min/mm = 5 minut

Chladicí média

Všechny tři druhy oceli se kalí v oleji, aby se zabránilo vzniku trhlin způsobených kalením. Teplota oleje by měla být 50–80 °C. U masivních výrobků je povoleno krátkodobé (2–3 sekundy) ochlazení ve vodě s následným přenosem do oleje.

Způsoby popouštění a dosažené vlastnosti

Popouštění je povinná operace po kalení pružinových ocelí. Provádí se za účelem snížení vnitřního napětí, snížení křehkosti a dosažení optimální kombinace pevnosti a plasticity.

Průměrná dovolená

U pružinových ocelí se používá střední popouštění při teplotách 400–600 °C. Při těchto teplotách se martenzit rozkládá a vytváří popouštěný troostit, strukturu s vysokou mezí pružnosti.

Ocel 65G se popouštějí při teplotě 400–480 °C s dobou výdrže 30–60 minut. Nižší teploty popouštění poskytují vysokou tvrdost, ale snižují tažnost. Optimální teplota popouštění pro většinu aplikací je 420–450 °C.

Pro ocel 60S2A se doporučuje popouštění při 420-490 °C. Díky přítomnosti křemíku je tato ocel méně citlivá na popouštění a zachovává si vysoké elastické vlastnosti v širším rozsahu teplot.

Ocel 50KhFA se popouštějí při vyšších teplotách – 450-600°C, což je způsobeno legováním chromem a vanadem, které zpomalují procesy měknutí během popouštění.

Regulace teploty popouštění:

Přesnost udržování teploty: ±10°C

Rovnoměrnost ohřevu v celém průřezu pece: ±5°С

Doba působení tenkých řezů: 20–30 min.

Doba působení pro silné řezy: 45-60 min

Zvláštní druhy dovolené

Pro uvolnění napětí po navinutí pružin se používá nízkoteplotní popouštění při 250–350 °C. Tento proces je obzvláště důležitý pro pružiny vyrobené z předem tepelně zpracovaného drátu nebo pásky.

Mechanické vlastnosti po tepelném zpracování

Správně provedené tepelné zpracování zajišťuje optimální sadu mechanických vlastností pružinových ocelí. Hlavními řízenými charakteristikami jsou tvrdost, pevnost v tahu, mez kluzu a rázová houževnatost.

Tvrdost

Tvrdost je hlavním kontrolním parametrem kvality tepelného zpracování. U oceli 65G po kalení a popouštění by tvrdost měla být 44–49 HRC. Toto rozmezí poskytuje optimální kombinaci pevnosti a pružnosti.

Ocel 60S2A by měla mít tvrdost 45-50 HRC. Vyšší hodnoty tvrdosti jsou spojeny s vlivem křemíku, který podporuje tvorbu disperznější struktury temperovaného troostitu.

Ocel 50KhFA se vyznačuje tvrdostí 47-52 HRC, která je výsledkem komplexního legování a tvorby speciálních karbidů chromu a vanadu.

Pevnostní charakteristiky

Pevnost v tahu tepelně zpracovaných pružinových ocelí dosahuje vysokých hodnot. Ocel 65G vykazuje pevnost v tahu 1300-1600 MPa, což umožňuje její použití k výrobě pružin se středním zatížením.

Ocel 60S2A vykazuje vyšší výkon – 1600-1800 MPa, což ji činí ideální pro silně zatížené pružiny a listové pružiny automobilových zařízení.

Nejvyšší pevnostní charakteristiky má ocel 50KhFA s pevností v tahu 1700-1900 MPa, což umožňuje její použití pro výrobu vysoce zatížených pružin pracujících v extrémních podmínkách.

Praktický příklad:

Tlačná pružina vyrobená z oceli 60S2A s průměrem drátu 8 mm, s pevností v tahu 1700 MPa, snese zatížení až 850 N při pracovním napětí 1200 MPa (bezpečnostní faktor 1,4).

Elasticita a relaxační odpor

Elastické vlastnosti jsou určujícími charakteristikami pružinových ocelí. Hlavními parametry charakterizujícími pružnost jsou modul pružnosti, mez pružnosti a relaxační odpor.

Modul pružnosti

Modul pružnosti určuje tuhost materiálu a je prakticky nezávislý na tepelném zpracování. U oceli 65G je modul pružnosti 200-210 GPa, což je typická hodnota pro uhlíkové oceli.

Legování křemíkem v oceli 60S2A mírně zvyšuje modul pružnosti na 206–212 GPa. To pomáhá zlepšit elastické vlastnosti vyrobených pružin.

Ocel 50KhFA má nejvyšší modul pružnosti – 210-215 GPa, což je spojeno se složitým legováním a vlastnostmi krystalické struktury.

Relaxační odpor

Relaxační odpor charakterizuje schopnost materiálu udržet napětí při dlouhodobém zatížení. To je kriticky důležitá vlastnost pro pružiny pracující při konstantním zatížení.

Při pokojové teplotě vykazují všechny tři oceli vynikající relaxační odolnost. Ztráta napětí za 1000 hodin nepřesahuje 2–4 % u oceli 65G, 1–3 % u oceli 60S2A a 1–2 % u oceli 50KhFA.

S rostoucí teplotou se relaxační odpor snižuje. Při 200 °C jsou ztráty napětí 10–15 % u oceli 65G, 8–12 % u oceli 60S2A a 6–10 % u oceli 50KhFA.

Výpočet relaxačních ztrát:

Relativní ztráta stresu = (σ₀ – σₜ) / σ₀ × 100 %

kde σ₀ je počáteční napětí, σₜ je napětí po čase t

Pro praktické výpočty při 20 °C lze předpokládat ztráty 2–3 % za rok provozu.

Faktory ovlivňující elastické vlastnosti

Hlavními faktory určujícími elastické vlastnosti jsou chemické složení oceli, podmínky tepelného zpracování a strukturní stav. Optimální struktura pro pružinové oceli je popouštěný troostit s minimálním množstvím zbytkového austenitu.

Přítomnost zbytkového austenitu i v množství 2-4 % výrazně snižuje mez pružnosti a relaxační odpor. Proto je při tepelném zpracování nutné zajistit úplnou přeměnu austenitu na martenzit během kalení.

Praktická doporučení a aplikace

Volba konkrétního druhu oceli a režimů tepelného zpracování závisí na provozních podmínkách pružinových výrobků. Každá z uvažovaných ocelí má své vlastní výhody a oblasti optimálního použití.

Aplikace

Ocel 65G se široce používá k výrobě univerzálních pružin pracujících za normálních teplot. Může se jednat o tlačné a tažné pružiny středního zatížení, ploché pružiny, pružné podložky. Omezením je snížená rázová houževnatost po kalení.

Ocel 60S2A se používá k výrobě vysoce zatížených pružin a pružin, torzních hřídelí, měřicích pásek. Vysoký obsah křemíku poskytuje vynikající elastické vlastnosti a odolnost proti relaxaci, což z této oceli dělá ideální součást kritických aplikací.

Ocel 50KhFA je určena pro nejnáročnější aplikace – pružiny ventilů motorů, vysokotlaké pružiny, pružiny pracující při zvýšených teplotách až do 300 °C. Vysoká cena této oceli je kompenzována výjimečnými výkonnostními vlastnostmi.

Aktuální požadavky na kvalitu (GOST 14959-2016)

Současná norma GOST 14959-2016 stanovila přísnější požadavky na kovové výrobky ve srovnání s předchozími verzemi. Pochopení těchto požadavků je zásadní pro dosažení vysoce kvalitních výsledků tepelného zpracování. Norma definuje nejen chemické složení ocelí, ale také metody kontroly kvality, které přímo ovlivňují volbu režimů tepelného zpracování.

Při tepelném zpracování pružin je důležité zajistit rovnoměrné zahřívání v celém objemu výrobku. Aby se zabránilo deformaci velkých pružin, měly by být zahřívány na speciálních zařízeních nebo trnech.

Je nutné kontrolovat atmosféru pece, aby se zabránilo oduhličení povrchu. Hloubka oduhličené vrstvy by neměla překročit 0,01–0,02 mm u tenkých drátů a 0,05 mm u silných profilů.

Po tepelném zpracování musí hotové pružiny podstoupit zkoušky elastických vlastností. Hlavními kontrolovanými parametry jsou tuhost pružiny, maximální zatížení bez zbytkové deformace a výška pod zatížením.

Kontrola kvality: Všechny pružiny pro kritické aplikace musí podstoupit 100% zkoušku tvrdosti a selektivní zkoušku elastických vlastností. Statistické zkoušky mechanických vlastností se provádějí u každé šarže tepelného zpracování.

Vady tepelného zpracování a jejich prevence

Nejčastějšími vadami jsou nerovnoměrná tvrdost, oduhličení povrchu, trhliny z kalení a zvýšená křehkost. Prevence těchto vad se dosahuje přísným dodržováním technologických režimů a kvalitní přípravou zařízení.

Často kladené dotazy

Jaká je optimální teplota kalení pro ocel 65G? ▼

Optimální teplota kalení oceli 65G je 800–830 °C. Tato teplota zajišťuje úplné rozpuštění karbidů v austenitu a získání homogenní martenzitické struktury po ochlazení v oleji. Zahřívání nad 830 °C může vést k růstu zrn a zhoršení mechanických vlastností.

Proč má ocel 60C2A lepší relaxační odolnost? ▼

Ocel 60S2A obsahuje asi 2 % křemíku, což výrazně zvyšuje mez pružnosti a relaxační odpor. Křemík podporuje tvorbu stabilnější temperované troostitové struktury, snižuje pohyblivost dislokací a snižuje tendenci k tečení při dlouhodobém zatížení.

Lze pružinovou ocel kalit ve vodě? ▼

Kalení pružinových ocelí ve vodě se důrazně nedoporučuje z důvodu vysokého rizika vzniku trhlin při kalení. Krátkodobé (2-3 sekundy) ochlazování ve vodě je povoleno pouze u masivních výrobků s následným okamžitým přenosem do oleje. Hlavním chladicím médiem by měl být olej o teplotě 50-80 °C.

Jakou tvrdost by měly mít hotové pružiny? ▼

Tvrdost hotových pružin závisí na jakosti oceli: pro 65G — 44-49 HRC, pro 60S2A — 45-50 HRC, pro 50KhFA — 47-52 HRC. Tyto hodnoty poskytují optimální kombinaci pevnosti, elasticity a viskozity. Překročení horních mezí může vést ke křehkosti a jejich podcenění k nedostatečné pevnosti.

Při jaké teplotě lze použít pružiny vyrobené z oceli 50KhFA? ▼

Pružiny vyrobené z oceli 50KhFA mohou pracovat při teplotách až 300 °C bez výrazného snížení elastických vlastností. To je dáno legováním chromem a vanadem, které poskytují vysokou tepelnou odolnost. Při teplotách nad 250 °C se doporučuje provádět pravidelné sledování relaxačních ztrát.

Je po kalení pružinových ocelí nutné popouštění? ▼

Popouštění po kalení je povinnou operací pro všechny pružinové oceli. Bez popouštění mají kalené výrobky nadměrnou křehkost a vysoké vnitřní pnutí, což vede k praskání a destrukci. Střední popouštění při 400-600 °C poskytuje optimální kombinaci pevnosti a plasticity.

Jak kontrolovat kvalitu tepelného zpracování pružin? ▼

Hlavní kontrolní metody jsou: měření tvrdosti každého výrobku, zkoušky pružnosti pro kontrolu tuhosti a zbytkové deformace, metalografická analýza struktury na zkušebních vzorcích. Dále se u kritických výrobků provádějí únavové zkoušky a kontrola rozměrů po tepelném zpracování.

Co je to relaxační odolnost a proč je důležitá? ▼

Relaxační odpor je schopnost materiálu udržet si napětí při dlouhodobém vystavení konstantní deformaci. To je pro pružiny zásadní, protože ztráta napětí vede ke změně provozních vlastností. Vysoký relaxační odpor zajišťuje stabilní provoz pružin po celou dobu jejich životnosti.

Zřeknutí se odpovědnosti: Tento článek slouží pouze pro informační účely a nemůže sloužit jako základ pro přijímání technických rozhodnutí bez dalšího studia regulační dokumentace a konzultace s odborníky.

Zdroje informací:

1. GOST 14959-2016 „Kovové výrobky z pružinové nelegované a legované oceli. Technické podmínky“ (účinné od 01.01.2018, nahrazující GOST 14959-79)

2. Příručka operátora tepelného zpracování v opravárenské službě, Tylkin M.A., 1981

3. Rakhstadt A.G. „Pružinové oceli a slitiny“, 1971

4. Značkový katalog ocelí a slitin, editoval V.G. Sorokin, 1989

5. Moderní technické zdroje o tepelném zpracování pružinových ocelí

© 2025 Společnost Inner Engineering. Všechna práva vyhrazena.