X-750 для пружинной проволоки: состояние, твёрдость и релаксация

Проволоку для пружин покупают в трёх разных состояниях под одним нестрогим названием. Что каждое состояние оставляет заводу пружин, что решает химия до начала старения и почему твёрдость сама по себе не приёмка.

Проволоку X-750 для пружин обычно задают тремя словами — «X-750, пружинное состояние», — и за ними стоят как минимум три разных продукта: отожжённая без старения, прошедшая закалку со старением и холоднотянутая со старением. Марка представляет собой дисперсионно-твердеющий никель-хромовый сплав с добавками титана, алюминия и ниобия, и смысл этих добавок в том, что прочность развивается в готовой детали, а не покупается вместе с проволокой. Поэтому работоспособная спецификация должна указывать, кто выполняет старение.

Три состояния, а не одно

Пружинное состояние — это не спецификация. Для проволоки X-750 оно может означать любое из трёх состояний поставки ниже, и разница определяет, у кого стоит печь для старения и кто несёт риск мотка, который не удастся отформовать. Прочность и стабильность сохраняются до 704 °C, но обеспечивает их реакция выделения, а не волочение.

	Отожжённая, без старения	Закалка и старение	Холодная протяжка и старение
Что приходит	Самая мягкая из трёх; пригодна для навивки в состоянии поставки	Упрочнена в мотке, до формообразования	Упрочнена наклёпом при волочении, затем состарена; наименее технологична
Кто формует	Завод пружин, до старения	Завод пружин, с поправкой на пружинение	Только лёгкое формообразование
Кто выполняет старение	Завод пружин или подрядчик	Металлургический завод	Металлургический завод
Где подходит	Малые радиусы, малый индекс, навивка без трещин	Простые формы, когда на заводе нет печи	Простые формы, минимальное формообразование
Что указать	Состояние и применяемый вами режим старения	Состояние и принимаемый уровень свойств	Состояние, степень обжатия, конечный диаметр

При любом варианте моток должен быть прослеживаем до плавки: две плавки в пределах одной спецификации могут вести себя как два разных материала на этапе старения, и сертификат, где указано только соответствие диапазону, этого не покажет.

Что задаёт химия

X-750 упрочняется за счёт выделения γ′-фазы: титан и алюминий, находящиеся в твёрдом растворе, при старении образуют упрочняющее выделение, а ниобий его усиливает и дополнительно образует карбиды по границам зёрен. Диапазоны достаточно широки, чтобы плавка на одном их краю вела себя иначе, чем плавка на другом, при одном и том же режиме печи.

	Inconel X-750
UNS	N07750
Европа	DIN 2.4669
Китай	GH4145
Никель	основа
Хром	14,0 – 17,0 %
Железо	5,0 – 9,0 %
Титан	2,25 – 2,75 %
Алюминий	0,40 – 1,00 %
Ниобий	0,70 – 1,20 %
Кобальт	≤ 1,00 %
Углерод	≤ 0,08 %
Марганец	≤ 1,00 %
Кремний	≤ 0,50 %
Сера	≤ 0,010 %
Медь	≤ 0,50 %
Плотность	8,28 г/см³
Температура плавления	1393 – 1427 °C
Проволока	ASTM B639
Пруток	ASTM B637, ASME SB-637
Лист	ASTM B670, ASME SB-670
Бесшовная труба	ASTM B163, ASTM B407, DIN 2.4669

Титан 2,25–2,75 % при алюминии 0,40–1,00 % — это та пара, за которой стоит следить. Плавка на нижних границах обоих диапазонов пройдёт по сертификату, но всё равно будет стареть медленнее и до более низкого уровня, чем плавка из середины. Если пружина работает близко к пределу напряжений, запрашивайте фактические результаты по титану и алюминию именно той плавки, которую получите, а не диапазон из стандарта. Ниобий 0,70–1,20 % измельчает выделение и образует карбиды, закрепляющие границы. Железо 5,0–9,0 % — часть баланса, а не загрязнение, а хром 14,0–17,0 % — запас на окисление, более низкий, чем в сплавах серии 600; это тот компромисс, на который идёт марка: её берут за прочность, а не за максимальную стойкость окалины. Углерод ≤ 0,08 % и сера ≤ 0,010 % не дают карбидной сетке стать путём трещины в витке, работающем на усталость.

Твёрдость — ещё не приёмка

Замер твёрдости подтверждает, что реакция старения прошла. Он не говорит, какую нагрузку пружина будет держать через год при температуре: два мотка могут показывать одинаковую твёрдость и релаксировать по-разному, потому что релаксация зависит от распределения напряжений в проволоке, состояния поверхности и оставшегося наклёпа. Если твёрдость нормируется, укажите, где её измеряют — на поверхности проволоки, на подготовленном шлифе или на готовой пружине, — и снимается ли обезуглероженный слой перед испытанием. Пересчёт между шкалами твёрдости приблизителен, и на никелевом сплаве он может сдвинуть границу приёмки сильнее, чем допуск вокруг неё.

Релаксация — расчётный параметр, а не свойство материала

X-750 выбирают для пружин потому, что он держит форму под нагрузкой: сохраняет прочность и стабильность до 704 °C и имеет сопротивление ползучести при разрыве, которого нет у аустенитных пружинных сталей. Но релаксация — не одна цифра, которую может напечатать завод. Это потеря нагрузки при заданном перемещении, и зависит она от начального напряжения, температуры и времени. Две пружины из одного сплава — одна нагружена близко к пределу упругости, другая значительно ниже — теряют нагрузку с разной скоростью.

Поэтому в заявке должны быть три величины, которые ею управляют: температура металла, средняя и максимальная; напряжение, которое пружина действительно несёт; и допустимая потеря нагрузки к концу расчётного срока. С этими тремя мы скажем, нужен ли X-750, справится ли проволока с меньшим легированием или пружине нужно больше сечения проволоки с учётом релаксации.

Что указать в заказе

• Форма и стандарт — проволока по ASTM B639; пруток по ASTM B637 или ASME SB-637 для механически обрабатываемых деталей.
• Состояние — отожжённое без старения, закалка со старением или холодная протяжка со старением, а также кто выполняет старение.
• Химия — фактические результаты по титану, алюминию и ниобию для плавки, если пружина работает близко к пределу.
• Размер — диаметр проволоки с допуском, масса или длина мотка и обработка поверхности: травление, шлифовка или покрытие.
• Свойства — твёрдость с указанием места измерения и любое испытание под нагрузкой при заданном перемещении.
• Документы — сертификат 3.1 с химией и механическими результатами по плавке или 3.2 с испытаниями в присутствии инспектора.

Что приложить к заявке

Пришлите диаметр и допуск, нужное состояние и того, кто будет старить пружину, рабочую температуру и напряжение, которое несёт пружина, количество в килограммах и требуемый документ о контроле. Если в чертеже написано только «X-750, пружинное состояние», пришлите его как есть, и мы предложим подходящее состояние. Спецификации и формы поставки — на hangbonickel.com; заявки — на vicky@hangboalloy.com.

Приведённые значения соответствуют редакции ASTM / EN, указанной в каждом разделе. Для конкретной плавки определяющими являются данные в сертификате EN 10204, который идёт с металлом. Материал подготовлен техническим отделом Shanghai Hangbo Alloy Group.