Сплавы с заданными свойствами упругости: виды и свойства

Сплавы с заданными свойствами упругости (пружинные стали) обладают высоким сопротивлением к малым пластическим деформациям как при кратковременных, так и при длительных нагрузках, теплостойкостью, устойчивостью к коррозии при использовании в неблагоприятных атмосферных условиях и в ряде агрессивных сред. В составе содержат никель (Ni), хром (Cr), кобальт (Co), ниобий (Nb), молибден (Mo), рений (Re). Выпускаются как в виде холоднокатаной ленты, полосы или листов, так и в форме проволоки, прутков и труб.

‍

Особенности сплавов с заданными с заданными свойствами упругости

Требования к пружинным сталям, их физическим свойствам и химическому составу регламентируются ГОСТом 10994-74. Согласно этому документу, сплавы должны обладать не только высокими упругими свойствами, но и:

• низкой магнитной проницаемостью;
• повышенной прочностью;
• высокой свариваемостью;
• электропроводностью;
• ковкостью;
• пластичностью;
• малым упругим гистерезисом.

При высоком давлении представленные сплавы должны сохранять свою деформированность, а при обратном воздействии — быстро возвращаться в исходную форму.

Благодаря своим характеристикам стали этого класса прецизионных сплавов нашли широкое применение при изготовлении:

• упругочувствительных элементов контрольно-измерительных приборов и автоматики;
• пружин часовых и других высокоточных механизмов;
• различных мембран и резонаторов.

Благодаря своей химической нейтральности и отсутствию отторжения со стороны живых тканей, подобные сплавы также получили распространение в медицине. 

Стали марок 36НХТЮ, 40КХНМ и 40К27ХНМ используются для производства мед. инструментов, в том числе инъекционных игл, и материалов, вживляемых в организм человека. Одно из отечественных предприятий, которое самостоятельно освоило полный цикл производства сплава 40КХНМ и успешно изготавливает его, находится в северной столице — это Петербургский завод прецизионных сплавов.

‍

Классификация

Сплавы с заданными свойствами упругости отличаются физико-механическими свойствами и химическим составом и, соответственно, имеют свои технологические особенности при производстве. Всего можно выделить 3 группы пружинных сплавов:

1. Дисперсно-твердеющие — обладают высокой пластичностью и легко поддаются обработке давлением. Требуемые физико-химические свойства достигаются холодной пластической деформацией или закалкой. В составе имеют соединения Ni-Cr с возможным добавление Fe и Mn, Nb-Ti и Co-Ni.
2. Элинвары — при температуре ниже точки Кюри обладают немагнитностью (при условии отсутствия какого-либо магнитного поля). В основе имеют соединение Mo-Re с добавлением Cr или Co.
3. Деформационно-твердеющие — имеют более низкую прочность относительно первой группы, обладают высокой твердостью и устойчивостью к коррозиям, немагнитны. При производстве требуют холодной деформации с предшествующей ей закалкой. Изготавливаются из Cr-Ni с Fe или Co, а также из Mo-Re.

Ко второй группе также относятся все камертонные биматериалы, которые применяются для производства стабилизаторов и фильтров.

‍

Область применения

Всего выделяют 12 основных марок стали, которые относятся к прецизионным сплавам с заданными свойствами упругости. Каждая из них нашла свою область применения.

Сталь марки 42НХТЮ используют при производстве упругочувствительных деталей и оборудования, рабочая температура которых не превышает 100°C, 44НХТЮ — для аналогичных элементов с рабочей температурой до 200°C, 17ХНГТ и 36НХТЮ — до 250°C (из 36НХТЮ также делают инъекционные иглы), 43НКТЮ и 97НЛ — до 300°C, 36НХТЮ5М — до 350°C, 36НХТЮ8М — до 400°C, 68НХВКТЮ — от 196°C до 500°C.

Стали 40КНХМВТЮ и 42НХТЮА применяют при производстве часовых механизмов и различных пружинных элементов, 40КХНМ кроме этого используют в хирургии при сшивании кровеносных сосудов, скреплении костей, установке суставных протезов.