การเลือกเหล็กสปริง: 65Mn เกรดซิลิคอน และโครเมียม-วาเนเดียม

สิ่งที่เหล็กสปริงต้องทำ

สปริงเก็บพลังงานอย่างยืดหยุ่น หลายล้านครั้ง สมบัติที่กำกับดูแลคือ ขีดจำกัดยืดหยุ่น (คราก) สูงเมื่อเทียบกับความต้านทานแรงดึง ความต้านทานความล้า และความต้านทานการยุบตัวถาวร (การหย่อนถาวร) ทั้งหมดได้รับผลกระทบอย่างมากจากคุณภาพผิวและการสูญเสียคาร์บอนที่ผิว ไม่ใช่แค่เคมี

บันไดเกรด

Steel	Family	Typical roles
65Mn	Carbon-manganese	Low-cost flat and light coil springs, washers, clips
55Si7 / SUP7 class	Silicon-manganese	Leaf springs, heavier coil springs
SUP9 class	Manganese-chromium	Coil and leaf springs needing better hardenability
51CrV4 / 6150	Chromium-vanadium	Highly stressed coil, torsion and valve springs

ทำไมซิลิคอนและวาเนเดียมจึงช่วย

ซิลิคอน เพิ่มขีดจำกัดยืดหยุ่น และที่สำคัญคือ ความต้านทานการอบคืนตัว สปริงซิลิคอนรักษาภาระที่อุณหภูมิการอบคืนตัวที่กำหนดได้ดีกว่าสปริงคาร์บอนธรรมดา ซึ่งเป็นเหตุผลที่เหล็ก Si-Mn ครองสปริงแหนบ โครเมียม เพิ่มความสามารถในการชุบแข็งสำหรับหน้าตัดหนาขึ้น วาเนเดียม ทำให้เกรนละเอียดและเพิ่มความแข็งแรงต่อความล้า ทำให้ 51CrV4/6150 เหมาะกับสปริงวาล์วเครื่องยนต์และงานช่วงล่างระดับพรีเมียม

65Mn ชุบแข็งได้เฉพาะในหน้าตัดบางและเป็นชนิดแรกที่สูญเสียภาระเมื่อเจอความร้อน ยังคงไม่มีใครเทียบได้ด้านต้นทุนสำหรับคลิป สปริงแบน และชิ้นส่วนเกษตร

ความแข็งและอุณหภูมิ

สปริงแหนบและสปริงขดที่ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวโดยทั่วไปทำงานในช่วง ~42–50 HRC อ่อนกว่าจะเสียความสามารถในการรับภาระ แข็งกว่าจะเสียอายุความล้าและชวนให้เสียหายแบบเปราะ ขีดจำกัดอุณหภูมิบริการเป็นไปตามธาตุผสม โดยประมาณ เหล็กคาร์บอน/แมงกานีสธรรมดาโดยทั่วไปจำกัดอยู่ที่ประมาณ 100–120 °C เกรดซิลิคอนอยู่ที่ประมาณ 200 °C และโครเมียม-วาเนเดียมอยู่ที่ประมาณ 200–250 °C เกินกว่านั้น การคลายตัว (การสูญเสียภาระที่อุณหภูมิ) จะกำกับดูแลและโลหะผสมพิเศษจะเข้ามาแทนที่

ความล้าเป็นเรื่องของผิว

การยิงเม็ดเหล็ก ขีดจำกัดการสูญเสียคาร์บอนที่ผิวที่ควบคุมได้ และการเปลี่ยนผ่านที่เรียบ มักสำคัญกว่าการอัปเกรดเกรด รอยแตกจากความล้าของสปริงส่วนใหญ่เริ่มต้นที่ตำหนิผิว ให้ระบุสภาพผิวและการยิงเม็ดเหล็กควบคู่กับเหล็ก

รูปแบบการจัดส่งเปลี่ยนภาพของเกรด

สปริงมาถึงโรงงานในรูปแผ่น เหล็กเส้น หรือที่พบมากคือ ลวด และลวดมีชื่อเรียกเหล็กของตัวเองซ้อนทับบนตระกูลเคมีเดียวกัน สปริงแม่นยำขนาดเล็กใช้ลวดคาร์บอนดึงแข็งหรือลวดที่ผ่านการจดสิทธิบัตร (ลวดดนตรีเป็นปลายคุณภาพสูง) ลวด Si-Mn และ Cr-V/Si-Cr ที่อบน้ำมันใช้สำหรับสปริงวาล์วและสปริงคลัตช์ ซึ่งลวดถูกจัดส่งในสภาพชุบแข็งและอบคืนตัวแล้ว ดังนั้นผู้ขดลวดเพียงขึ้นรูปและคลายความเค้น สปริงขนาดใหญ่ขดร้อนจากเหล็กเส้น แล้วชุบแข็งและอบคืนตัวเป็นขดสำเร็จ การเปรียบเทียบ "spring steels" ข้ามรูปแบบเหล่านี้โดยไม่ระบุเส้นทางจะทำให้เข้าใจผิด สมรรถนะของสปริงวาล์วเป็นผลมาจากความสะอาดของลวดและการตรวจสอบผิว (การทดสอบกระแสไหลวนสำหรับตะเข็บ) พอ ๆ กับเคมีโครเมียม-วาเนเดียมของมัน

การจัดรูป การตั้งค่าล่วงหน้า และการคลายตัว

สปริงสำเร็จมักถูก ตั้งค่าล่วงหน้า (scragged) อัดเกินจุดครากหนึ่งครั้งโดยตั้งใจ เพื่อทำให้ความยาวอิสระคงที่และเพิ่มความเค้นที่ใช้งานได้ การสูญเสียภาระเมื่อเวลาผ่านไปที่อุณหภูมิ เรียกว่าการคลายตัว เป็นข้อกำหนดที่เงียบ มันถูกวัดและจำกัดสำหรับงานเครื่องยนต์และอุณหภูมิสูง และมัน ไม่ใช่ความแข็งแรงสถิต มักเป็นสิ่งที่ทำให้สปริงที่ยังสมบูรณ์ต้องออกจากการใช้งาน