Вибір пружинної сталі: 65Mn, кремнієві та хромованадієві марки

Що має робити пружинна сталь

Пружина зберігає енергію пружно, мільйони разів. Керівними властивостями є висока межа пружності (плинності) відносно межі міцності на розтяг, втомна стійкість і стійкість до осідання (постійного провисання) — на все сильно впливає якість поверхні та зневуглецювання, а не лише хімічний склад.

Драбина марок

Сталь	Родина	Типові ролі
65Mn	Вуглецево-марганцева	Недорогі плоскі та легкі гвинтові пружини, шайби, затискачі
55Si7 / клас SUP7	Кремнієво-марганцева	Листові пружини, важчі гвинтові пружини
Клас SUP9	Марганцево-хромова	Гвинтові та листові пружини, що потребують кращої прогартовуваності
51CrV4 / 6150	Хромованадієва	Сильно навантажені гвинтові, крутильні та клапанні пружини

Чому кремній і ванадій допомагають

Кремній підвищує межу пружності та, що важливо, стійкість до відпуску — кремнієва пружина краще зберігає своє навантаження при заданій температурі відпуску, ніж звичайна вуглецева, саме тому сталі Si-Mn домінують у листових пружинах. Хром додає прогартовуваності для товстіших перерізів; ванадій подрібнює зерно та додає втомної міцності, що робить 51CrV4/6150 придатною для клапанних пружин двигунів і преміального навантаження підвіски.

65Mn загартовується лише в тонких перерізах і першою втрачає навантаження при нагріванні; вона залишається неперевершеною за вартістю для затискачів, плоских пружин і сільськогосподарських деталей.

Твердість і температура

Загартовані та відпущені листові та гвинтові пружини зазвичай працюють у діапазоні ~42–50 HRC — м'якше жертвує навантажувальною здатністю, твердіше жертвує втомним терміном служби та запрошує крихке руйнування. Межі робочої температури випливають з легування, приблизно: звичайні вуглецеві/марганцеві марки зазвичай обмежені приблизно 100–120 °C, кремнієві марки приблизно 200 °C, а хромованадієві приблизно 200–250 °C; за цим релаксація (втрата навантаження при температурі) керує, і спеціальні сплави беруть верх.

Втома — це поверхнева гра

Дробоструминне зміцнення, контрольовані межі зневуглецювання та плавні переходи регулярно мають більше значення, ніж підвищення марки: більшість втомних тріщин пружин починаються на поверхневих дефектах. Вказуйте стан поверхні та дробоструминне зміцнення поряд зі сталлю.

Форми постачання змінюють картину марок

Пружини надходять на завод як лист, пруток або — дуже часто — дріт, а дріт має власні позначення сталей, нашаровані на ті ж родини хімічного складу. Малі точні пружини використовують твердотягнутий або патентований вуглецевий дріт (музичний дріт є кінцем високої якості); загартовані в олії дроти Si-Mn і Cr-V/Si-Cr служать клапанним пружинам і пружинам зчеплення, де дріт постачається вже загартованим і відпущеним, отже, намотувальник лише формує та знімає напруження. Великі пружини гаряче намотуються з прутка, потім загартовуються та відпускаються як готові витки. Порівняння «spring steels» між цими формами без зазначення шляху вводить в оману: продуктивність клапанної пружини завдячує стільки ж чистоті дроту та контролю поверхні (випробування вихровими струмами на шви), скільки її хромованадієвому хімічному складу.

Осадка, попередня осадка та релаксація

Готові пружини часто попередньо осаджують (scragged) — стискають один раз за межу плинності, навмисно — щоб стабілізувати вільну довжину та підвищити придатне напруження. Втрата навантаження з часом при температурі, звана релаксацією, є тихою специфікацією: вона вимірюється та обмежується для двигунних і високотемпературних застосувань, і саме вона, а не статична міцність, зазвичай виводить з експлуатації інакше неушкоджену пружину.