Výběr pružinové oceli: 65Mn, křemíkové a chrom-vanadové třídy

Co musí pružinová ocel umět

Pružina ukládá energii pružně, milionkrát. Rozhodujícími vlastnostmi jsou vysoká mez pružnosti (mez kluzu) vzhledem k pevnosti v tahu, odolnost proti únavě a odolnost proti trvalé deformaci (trvalé prověšení) — vše silně ovlivněno kvalitou povrchu a oduhličením, ne pouze chemií.

Žebřík tříd

Ocel	Skupina	Typické role
65Mn	Uhlíko-manganová	Levné ploché a lehké vinuté pružiny, podložky, spony
55Si7 / třída SUP7	Křemíko-manganová	Listové pružiny, těžší vinuté pružiny
třída SUP9	Mangano-chromová	Vinuté a listové pružiny vyžadující lepší prokalitelnost
51CrV4 / 6150	Chrom-vanadová	Vysoce namáhané vinuté, torzní a ventilové pružiny

Proč křemík a vanad pomáhají

Křemík zvyšuje mez pružnosti a, co je důležité, odolnost proti popouštění — křemíková pružina si při dané popouštěcí teplotě udrží zatížení lépe než prostá uhlíková, a proto oceli Si-Mn dominují listovým pružinám. Chrom přidává prokalitelnost pro silnější průřezy; vanad zjemňuje zrno a přidává únavovou pevnost, takže 51CrV4/6150 je vhodná pro ventilové pružiny motorů a náročné zavěšení.

65Mn je prokalitelná pouze v tenkých průřezech a jako první ztrácí zatížení teplem; zůstává nepřekonatelná cenou pro spony, ploché pružiny a zemědělské díly.

Tvrdost a teplota

Zušlechtěné listové a vinuté pružiny typicky pracují v pásmu ~42–50 HRC — měkčí obětuje nosnost, tvrdší obětuje únavovou životnost a zve ke křehkému lomu. Limity provozní teploty se řídí legováním, přibližně: prosté uhlíkové/manganové třídy jsou obecně omezeny na přibližně 100–120 °C, křemíkové třídy na přibližně 200 °C a chrom-vanadové na přibližně 200–250 °C; za touto hranicí vládne relaxace (ztráta zatížení při teplotě) a přebírají speciální slitiny.

Únava je hra povrchu

Kuličkování, řízené limity oduhličení a hladké přechody běžně záleží více než vylepšení třídy: většina únavových trhlin pružin začíná na povrchových vadách. Specifikujte stav povrchu a kuličkování vedle oceli.

Dodávané formy mění obraz tříd

Pružiny přicházejí do továrny jako plech, tyč nebo — velmi běžně — drát a drát má svá vlastní označení ocelí navrstvená na stejné chemické skupiny. Malé přesné pružiny používají tvrdě tažený nebo patentovaný uhlíkový drát (strunový drát je kvalitní konec); v oleji kalené dráty Si-Mn a Cr-V/Si-Cr slouží ventilovým a spojkovým pružinám, kde se drát dodává již kalený a popouštěný, takže navíječ pouze tvaruje a odlehčuje od pnutí. Velké pružiny se navíjejí za tepla z tyče, poté se kalí a popouštějí jako hotové vinutí. Srovnávání „pružinových ocelí“ napříč těmito formami bez uvedení postupu je zavádějící: výkon ventilové pružiny vděčí stejně čistotě drátu a kontrole povrchu (zkoušení vířivými proudy na švy) jako své chrom-vanadové chemii.

Nastavení, přednastavení a relaxace

Hotové pružiny se často přednastavují (scragged) — jednou záměrně stlačí nad mez kluzu — aby stabilizovaly volnou délku a zvýšily využitelné napětí. Ztráta zatížení v čase při teplotě, zvaná relaxace, je tichá specifikace: měří a omezuje se pro motorové a vysokoteplotní aplikace a obvykle právě ona, nikoli statická pevnost, vyřazuje jinak neporušenou pružinu z provozu.