Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Вопрос, из какого материала делают пружины, на практике сводится к выбору между пружинно-рессорными сталями, коррозионно-стойкими (нержавеющими) сталями и специальными сплавами на медной основе. Решающее значение имеют не столько прочность сама по себе, сколько высокий предел упругости, сопротивление усталости и стойкость к релаксации напряжений, а в ряде случаев — работа в агрессивной среде, немагнитность или искробезопасность. Ниже разобраны основные группы материалов, их марки по действующим стандартам и роль термообработки.
Пружина запасает и отдаёт энергию за счёт упругой деформации, поэтому материал должен сохранять упругость под многократной нагрузкой и не накапливать остаточную деформацию. Этим требованиям отвечает узкий круг материалов: рессорно-пружинные стали, нержавеющие стали и пружинные бронзы. Марки ниже приведены по действующим на 2026 год стандартам.
В отличие от большинства деталей машин, пружина работает в области упругих деформаций, близких к пределу. Поэтому ключевой характеристикой служит не предел прочности, а предел упругости — наибольшее напряжение, при котором деформация остаётся обратимой. Дополнительно важны сопротивление усталости (пружины часто работают при циклической нагрузке) и релаксационная стойкость — способность не терять усилие со временем под постоянной нагрузкой.
Материал пружины выбирают по сочетанию высокого предела упругости, усталостной и релаксационной стойкости, а при необходимости — коррозионной стойкости, немагнитности или искробезопасности.
Основная масса пружин и рессор изготавливается из рессорно-пружинных сталей — углеродистых и легированных. Их номенклатура, химический состав и требования заданы профильным межгосударственным стандартом на металлопродукцию из рессорно-пружинной стали. Это среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали, применяемые в закалённом и отпущенном состоянии.
В обозначении марки первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы — легирующие элементы, цифра после буквы — содержание элемента в целых процентах, буква «А» в конце — высококачественная сталь (с пониженным содержанием серы и фосфора).
60С2А
65Г
Углеродистые стали дешевле и проще в обработке, но прокаливаются на небольшую глубину и менее теплостойки. Легирование кремнием, хромом и ванадием повышает предел упругости, прокаливаемость и сопротивление релаксации; кремнистые и хромованадиевые марки применяют для тяжелонагруженных и ответственных пружин. Общий недостаток этих сталей — низкая коррозионная стойкость, поэтому без защитного покрытия они не подходят для агрессивных сред.
Для пружин, навиваемых из проволоки с последующей закалкой и отпуском, стандартизован отдельный ряд легированных пружинных марок — в частности 51ХФА, 60С2А, 65С2ВА, 70С3А; для пружин холодной навивки используют высокопрочную углеродистую проволоку, не подвергаемую закалке.
Когда пружина работает во влажной, химически активной среде или должна быть стойкой к коррозии по гигиеническим причинам, применяют коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Их марки задаёт стандарт на нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы; к нержавеющим относят стали с содержанием хрома не менее 10,5 %.
Аустенитные стали (типа 12Х18Н10Т) не упрочняются закалкой — необходимую упругость им придают холодной деформацией (нагартовкой) проволоки или ленты. Мартенситные хромистые стали (30Х13, 40Х13) упрочняются термообработкой, обеспечивают более высокую прочность, но уступают аустенитным по коррозионной стойкости. Для повышенной прочности при коррозионной стойкости применяют также дисперсионно-твердеющие стали.
Там, где требуются немагнитность, искробезопасность, стойкость к коррозии и хорошая электропроводность, пружины и упругие элементы делают из медных сплавов — прежде всего из бронз. Их марки заданы стандартом на безоловянные бронзы, обрабатываемые давлением.
Бериллиевая бронза БрБ2 — основной пружинный медный сплав: она упрочняется по механизму дисперсионного твердения и используется для пружин, мембран, сильфонов, упругих контактов и чувствительных элементов приборов. Кремнемарганцовистая бронза применяется там, где приоритетны коррозионная стойкость и технологичность. Общая особенность медных сплавов — немагнитность и отсутствие искрения, что важно для приборостроения и взрывоопасных производств.
Работоспособность пружины определяется тремя связанными свойствами. Предел упругости задаёт допустимое рабочее напряжение: чем он выше, тем компактнее и нагруженнее может быть пружина. Сопротивление усталости определяет ресурс при циклической работе и сильно зависит от качества поверхности. Релаксационная стойкость отвечает за сохранение усилия со временем, особенно при повышенной температуре.
Усталостная прочность пружин очень чувствительна к состоянию поверхности. Обезуглероженный слой, риски, окалина и неметаллические включения резко снижают долговечность, поэтому стандарт на рессорно-пружинную сталь нормирует глубину обезуглероженного слоя и загрязнённость включениями.
Для повышения усталостной прочности готовые пружины часто подвергают поверхностному наклёпу — дробеструйной обработке, создающей в поверхностном слое сжимающие напряжения. При повышенной рабочей температуре на первый план выходит релаксационная стойкость: углеродистые стали теряют упругость раньше, легированные кремнием, хромом и ванадием — позже.
Свойства готовой пружины определяются не только маркой, но и технологией навивки и термообработки. Различают два основных маршрута.
Мелкие пружины навивают в холодном состоянии из высокопрочной холоднотянутой (патентированной или нагартованной) проволоки, которая уже имеет нужные прочность и упругость. Такую проволоку закалке не подвергают. После навивки пружину подвергают низкотемпературному стабилизирующему отпуску — нагреву для снятия внутренних напряжений, возникших при навивке, и стабилизации упругих свойств.
Крупные пружины и рессоры навивают в горячем состоянии, после чего проводят упрочняющую термообработку — закалку с последующим среднетемпературным отпуском. Такой отпуск формирует структуру троостита отпуска, обеспечивающую максимальный предел упругости и сопротивление усталости. Конкретные температуры закалки и отпуска назначают по марке стали и сечению заготовки.
Типичная твёрдость закалённых и отпущенных стальных пружин — порядка 40–50 HRC: это компромисс между высоким пределом упругости и достаточной вязкостью, чтобы пружина не разрушалась хрупко.
Выбор материала определяется условиями работы пружины: нагрузкой, средой, температурой и требованиями по магнитным свойствам.
Стальные пружины без покрытия не следует применять в коррозионной среде; нержавеющие стали и бронзы дороже, но обеспечивают стойкость к среде и стабильность характеристик. Окончательный выбор марки, сечения и режима термообработки выполняют расчётом и по нормативной документации.
Большинство пружин и рессор делают из рессорно-пружинных сталей — углеродистых (65, 70) и легированных (65Г, 60С2А, 50ХФА). Для коррозионных сред применяют нержавеющие стали, а для немагнитных и искробезопасных деталей — бронзы.
65Г — сталь с содержанием углерода около 0,65 %, легированная марганцем. 60С2А — сталь с содержанием углерода около 0,60 % и кремнием около 2 %, высококачественная (буква «А»). Кремний повышает предел упругости и теплостойкость.
65Г — углеродистая сталь с марганцем, дешевле и проще в обработке. 60С2А легирована кремнием, имеет более высокий предел упругости и теплостойкость, поэтому её применяют для более нагруженных и ответственных пружин.
Из нержавеющих сталей. Аустенитная 12Х18Н10Т немагнитна, а упругость ей придают нагартовкой проволоки. Мартенситные 30Х13 и 40Х13 упрочняются закалкой и дают более высокую прочность при меньшей коррозионной стойкости.
Бронза немагнитна, не искрит и стойка к коррозии. Бериллиевая бронза БрБ2 после закалки и старения обладает высокими упругими свойствами и применяется для пружин, мембран, сильфонов и упругих контактов в приборостроении.
После холодной навивки отпуск снимает внутренние напряжения и стабилизирует упругие свойства. После закалки горячекатаных пружин средний отпуск формирует структуру троостита с максимальным пределом упругости и сопротивлением усталости.
У закалённых и отпущенных стальных пружин твёрдость обычно находится в пределах порядка 40–50 HRC — это сочетание высокого предела упругости и достаточной вязкости.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.