Lựa chọn thép lò xo: 65Mn, các mác silicon và crom-vanadi

Thép lò xo phải làm gì

Một lò xo lưu trữ năng lượng đàn hồi, hàng triệu lần. Các tính chất chi phối là giới hạn đàn hồi (chảy) cao so với độ bền kéo, khả năng chống mỏi, và khả năng chống lún (chùng vĩnh viễn) — tất cả bị ảnh hưởng mạnh bởi chất lượng bề mặt và khử carbon, không chỉ thành phần hóa học.

Thang mác thép

Thép	Họ	Vai trò điển hình
65Mn	Carbon-mangan	Lò xo phẳng và lò xo cuộn nhẹ chi phí thấp, vòng đệm, kẹp
55Si7 / lớp SUP7	Silicon-mangan	Lò xo lá, lò xo cuộn nặng hơn
lớp SUP9	Mangan-crom	Lò xo cuộn và lá cần khả năng tôi cứng tốt hơn
51CrV4 / 6150	Crom-vanadi	Lò xo cuộn, xoắn và van chịu ứng suất cao

Tại sao silicon và vanadi giúp ích

Silicon làm tăng giới hạn đàn hồi và, quan trọng, khả năng chống ram — một lò xo silicon giữ tải của nó ở một nhiệt độ ram cho trước tốt hơn một lò xo carbon thông thường, đó là lý do thép Si-Mn chiếm ưu thế trong lò xo lá. Crom thêm khả năng tôi cứng cho tiết diện dày hơn; vanadi làm mịn hạt và thêm độ bền mỏi, phù hợp 51CrV4/6150 cho lò xo van động cơ và nhiệm vụ treo cao cấp.

65Mn chỉ có thể tôi cứng ở tiết diện mỏng và là loại đầu tiên mất tải khi có nhiệt; nó vẫn không thể đánh bại về chi phí cho kẹp, lò xo phẳng và chi tiết nông nghiệp.

Độ cứng và nhiệt độ

Lò xo lá và cuộn tôi và ram thường làm việc trong dải ~42–50 HRC — mềm hơn hy sinh khả năng tải, cứng hơn hy sinh tuổi thọ mỏi và mời gọi hỏng giòn. Giới hạn nhiệt độ làm việc tuân theo hợp kim hóa, xấp xỉ: các mác carbon/mangan thông thường thường bị giới hạn ở khoảng 100–120 °C, các mác silicon tới khoảng 200 °C, và crom-vanadi tới khoảng 200–250 °C; vượt quá đó, giãn (mất tải ở nhiệt độ) chi phối và hợp kim chuyên dụng tiếp quản.

Mỏi là một trò chơi bề mặt

Phun bi, giới hạn khử carbon được kiểm soát và chuyển tiếp mịn thường quan trọng hơn một lần nâng cấp mác thép: hầu hết các vết nứt mỏi lò xo bắt đầu tại khuyết tật bề mặt. Hãy quy định điều kiện bề mặt và phun bi cùng với thép.

Dạng cung cấp thay đổi bức tranh mác thép

Lò xo đến nhà máy dưới dạng tấm, thanh, hoặc — rất phổ biến — dây, và dây có ký hiệu thép riêng của nó xếp lớp trên cùng các họ thành phần hóa học. Lò xo chính xác nhỏ sử dụng dây carbon kéo cứng hoặc dây carbon đã cấp bằng (music wire là đầu chất lượng cao); dây Si-Mn và Cr-V/Si-Cr tôi dầu phục vụ lò xo van và ly hợp, nơi dây được giao đã tôi và ram vì vậy người cuộn chỉ tạo hình và khử ứng suất. Lò xo lớn được cuộn nóng từ thanh, sau đó tôi và ram thành cuộn hoàn thiện. So sánh "spring steels" giữa các dạng này mà không ghi chú hướng đi sẽ gây hiểu lầm: hiệu năng của một lò xo van nợ nhiều vào độ sạch của dây và kiểm tra bề mặt (kiểm tra dòng điện xoáy cho đường nối) ngang với thành phần hóa học crom-vanadi của nó.

Đặt, đặt trước và giãn

Lò xo hoàn thiện thường được đặt trước (scragged) — nén vượt quá giới hạn chảy một lần, có chủ đích — để ổn định chiều dài tự do và tăng ứng suất sử dụng được. Mất tải theo thời gian ở nhiệt độ, gọi là giãn, là quy cách thầm lặng: nó được đo và giới hạn cho các ứng dụng động cơ và nhiệt độ cao, và nó, thay vì độ bền tĩnh, thường là điều khiến một lò xo còn nguyên vẹn khác phải nghỉ hưu khỏi phục vụ.