انتخاب فولاد فنر: 65Mn، گریدهای سیلیسیم و کروم-وانادیم

یک فولاد فنر چه باید بکند

یک فنر انرژی را به‌صورت الاستیک ذخیره می‌کند، میلیون‌ها بار. خواص حاکم حد الاستیک (تسلیم) بالا نسبت به استحکام کششی، مقاومت خستگی، و مقاومت در برابر نشست (افت دائمی) هستند — همه به‌شدت تحت تأثیر کیفیت سطح و دکربوره‌شدن قرار می‌گیرند، نه فقط شیمی.

نردبان گرید

فولاد	خانواده	نقش‌های معمول
65Mn	کربن-منگنز	فنرهای تخت و مارپیچ سبک ارزان، واشرها، گیره‌ها
55Si7 / SUP7 class	سیلیسیم-منگنز	فنرهای تخت، فنرهای مارپیچ سنگین‌تر
SUP9 class	منگنز-کروم	فنرهای مارپیچ و تخت که به سختی‌پذیری بهتر نیاز دارند
51CrV4 / 6150	کروم-وانادیم	فنرهای مارپیچ، پیچشی و سوپاپ با تنش بالا

چرا سیلیسیم و وانادیم کمک می‌کنند

سیلیسیم حد الاستیک و، مهم‌تر، مقاومت به تمپر را بالا می‌برد — یک فنر سیلیسیمی بار خود را در یک دمای تمپر معین بهتر از یک فنر کربنی ساده نگه می‌دارد، و به همین دلیل فولادهای Si-Mn بر فنرهای تخت تسلط دارند. کروم سختی‌پذیری را برای مقاطع ضخیم‌تر اضافه می‌کند؛ وانادیم دانه را ریز می‌کند و استحکام خستگی اضافه می‌کند، و 51CrV4/6150 را برای فنرهای سوپاپ موتور و کار تعلیق ممتاز مناسب می‌کند.

65Mn فقط در مقاطع نازک سخت‌پذیر است و اولین فولادی است که با گرما بار از دست می‌دهد؛ روی هزینه برای گیره‌ها، فنرهای تخت و قطعات کشاورزی شکست‌ناپذیر باقی می‌ماند.

سختی و دما

فنرهای تخت و مارپیچ کوئنچ و تمپرشده معمولاً در نوار ~42–50 HRC کار می‌کنند — نرم‌تر ظرفیت بار را قربانی می‌کند، سخت‌تر عمر خستگی را قربانی می‌کند و خرابی ترد را دعوت می‌کند. حدود دمای سرویس از آلیاژسازی پیروی می‌کند، تقریباً: گریدهای کربن/منگنز ساده عموماً به حدود 100–120 °C محدود هستند، گریدهای سیلیسیم به تقریباً 200 °C، و کروم-وانادیم به حدود 200–250 °C؛ فراتر از آن، آسایش (از دست رفتن بار در دما) حاکم می‌شود و آلیاژهای تخصصی کار را به دست می‌گیرند.

خستگی یک بازی سطحی است

شات پینینگ، حدود کنترل‌شده دکربوره‌شدن و گذارهای صاف به‌طور معمول بیش از یک ارتقای گرید اهمیت دارند: بیشتر ترک‌های خستگی فنر از عیوب سطحی شروع می‌شوند. شرایط سطح و پینینگ را در کنار فولاد مشخص کنید.

شکل‌های عرضه تصویر گرید را تغییر می‌دهند

فنرها به‌صورت ورق، میلگرد، یا — بسیار رایج — سیم به کارخانه می‌رسند، و سیم نام‌گذاری‌های فولاد خود را روی همان خانواده‌های شیمیایی لایه‌بندی کرده است. فنرهای دقیق کوچک از سیم کربنی سخت‌کشیده یا پتنت‌شده استفاده می‌کنند (سیم موزیک انتهای باکیفیت است)؛ سیم‌های Si-Mn و Cr-V/Si-Cr تمپرشده در روغن به فنرهای سوپاپ و کلاچ خدمت می‌کنند، که در آن‌ها سیم از قبل کوئنچ و تمپرشده تحویل داده می‌شود تا سازنده فنر فقط شکل دهد و تنش‌زدایی کند. فنرهای بزرگ از میلگرد به‌صورت گرم پیچیده می‌شوند، سپس به‌صورت سیم‌پیچ‌های نهایی کوئنچ و تمپر می‌شوند. مقایسه «فولادهای فنر» در میان این شکل‌ها بدون توجه به مسیر گمراه می‌کند: عملکرد یک فنر سوپاپ به‌اندازه تمیزی سیم و بازرسی سطحی (آزمون جریان گردابی برای درزها) به شیمی کروم-وانادیم آن مدیون است.

نشاندن، پیش‌نشاندن و آسایش

فنرهای نهایی اغلب پیش‌نشانده (اسکرگ‌شده) می‌شوند — یک بار عمداً فراتر از تسلیم فشرده می‌شوند — تا طول آزاد تثبیت شود و تنش قابل استفاده بالا رود. از دست رفتن بار در طول زمان در دما، که آسایش نامیده می‌شود، مشخصات خاموش است: برای کاربردهای موتوری و دمای بالا اندازه‌گیری و محدود می‌شود، و آن، نه استحکام ایستا، معمولاً همان چیزی است که یک فنر در غیر این صورت سالم را از سرویس بازنشسته می‌کند.