Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления пружин из стали

Способ изготовления пружин из стали.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении пружин из стали.

Из описания к изобретению "Способ изготовления упругих элементов" (авторское свидетельство SU 1169999, МПК⁴ C21D 9/02, C21D 8/00, опубликовано 30.07.85) известен способ изготовления пружин, включающий нагрев до температуры выше точки АС₃ фазовых превращений, пластическую деформацию винтовым обжатием, закалку, навивку.

Из описания к изобретению "Способ изготовления упругих элементов с использованием метода анизотропного ориентирования наноструктуры в материале" (патент RU №2524028, МПК C21D 9/02, B21F 35/00, C21D 8/00, опубликовано 27.07.14) известен способ изготовления пружин из стали, выбранный в качестве прототипа, включающий нагрев заготовки до температуры выше точки АС₃ фазовых превращений, пластическую деформацию заготовки винтовым обжатием, навивку спирали, закалку и отпуск.

Заявленное изобретение решает задачу расширения арсенала способов изготовления пружин из стали.

Поставленная задача решается способом изготовления пружин из стали, включающим нагрев заготовки до температуры выше точки АС₃, пластическую деформацию заготовки винтовым обжатием при температуре выше точки АС₃, навивку заготовки в спираль, охлаждение спирали, отпуск спирали, отличающимся от прототипа тем, что после нагрева заготовки до температуры выше точки АС₃ осуществляют ее выдержку при температуре нагрева в течение времени, обеспечивающего гомогенизацию высокотемпературной фазы стали перед пластической деформацией, а перед навивкой заготовки в спираль ее охлаждают до температуры начала мартенситного превращения с получением структуры заготовки с содержанием мартенситного зерна размером 100-300 нм.

При этом температура, до которой осуществляют охлаждение заготовки перед навивкой, находится в пределах 350±50°С.

С целью обеспечения гомогенизации высокотемпературной фазы стали перед пластической деформацией заготовку целесообразно подвергнуть выдержке при температуре нагрева.

С целью дополнительного повышения эксплуатационной надежности пружины, пластическая деформация может быть осуществлена винтовым обжатием с закручиванием, при этом навивка заготовки в спираль осуществляют в направлении закручивания заготовки.

Изобретение может быть воплощено в процессе изготовления пружин, в котором стальную заготовку (пруток) нагревают до температуры выше точки АС₃, после чего ее выдерживают при температуре выше точки АС₃ в течение заданного времени с целью обеспечения гомогенизации высокотемпературной фазы стали. Нагретую заготовку подвергают пластической деформации винтовым обжатием, после чего охлаждают до температуры мартенситного превращения ниже температуры рекристаллизации, например до 350±50°С. Из охлажденной заготовки навивают спираль, которую остужают до температуры окружающей среды. Спираль подвергают процедуре отпуска.

Нагрев заготовки и выдержка ее при температуре, гомогенизирующей высокотемпературную фазу, выравнивает температуру по сечению заготовки и химический состав стали по содержанию в ней углерода и легирующих элементов. Введение гомогенизирующей выдержки позволяет нагревать заготовку до более низких температур, предотвратив рост зерна. Взаимосвязанные значения температур нагрева и гомогенизирующей выдержки должны исключать явление недогрева.

При пластической деформации нагретой заготовки аустенитное зерно еще в горячем состоянии измельчается до наноразмерного уровня, а охлаждение до температуры мартенситного превращения обеспечивает фазовое изменение структуры, т.е. переход в мартенситное состояние, что позволяет получить мартенситное зерно размером 100-300 нм.

При этом карбидная составляющая (цементит) находится в пределах 10-60 нм и равномерно расположена в мартенситной структуре. Помимо этого, при использовании в качестве заготовки горячекатаного прутка при деформации винтовым обжатием удаляется окалина, обеспечивая шероховатость прутка в диапазоне 2,5-10 мкм при точности прутка 9-10 квалитет, что соответствует холоднокалиброванной стали.

Деформация при навивке спирали в температурных диапазонах мартенситного превращения позволяют дополнительно измельчить зерна аустенитной фазы, в результате чего получается дисперсная структура, характеризующаяся большим количеством дефектов и высокой прочностью.