اولین اصطلاحی که برای آشنایی با انواع فولاد فنر باید بدانیم، استحکام تسلیم است. استحکام تسلیم به میزان تنشی گفته می شود که ماده تا پیش از ورود به محدوده تغییر شکل پلاستیک می تواند تحمل کند. به بیان ساده، هرچه استحکام تسلیم فولاد فنر بالاتر باشد، قطعه می تواند تنش بیشتری را بدون ایجاد تغییر شکل دائمی تحمل کند و پس از برداشته شدن نیرو به شکل اولیه خود بازگردد.
آلیاژهای فولاد فنر دارای ویژگی هایی هستند که به آنها اجازه می دهد در برابر نیروهای پیچشی، خمشی و فشاری مقاومت مناسبی داشته باشند. محصولات ساخته شده از این فولادها را می توان به دفعات خم، فشرده یا پیچیده کرد و تا زمانی که تنش وارد شده از محدوده الاستیک ماده فراتر نرود، قطعه به شکل اولیه خود باز می گردد.
آلیاژهای فولادی از متداول ترین مواد مورد استفاده برای ساخت فنر هستند و قیمت فولاد فنر بسته به عواملی مانند نوع گرید، ابعاد، شرایط عرضه و کیفیت محصول متفاوت است. از پرکاربردترین انواع فولاد فنر می توان به فولادهای پرکربن، فولادهای سیلیسیم کروم دار، فولادهای کروم وانادیوم دار و برخی گریدهای فولاد ضد زنگ اشاره کرد.
فولادهای فنری معمولا دارای درصد مشخصی از عناصری مانند کربن، سیلیسیم، منگنز، کروم و وانادیوم هستند. ترکیب شیمیایی مناسب در کنار عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام تسلیم، مقاومت به خستگی و قابلیت بازگشت الاستیک فولاد می شود.
محصولات فولاد فنر می توانند به صورت سیم، تسمه یا ورق تولید شوند. سیم های فنری معمولا طی فرآیند کشش به قطر مورد نظر می رسند و محصولات تخت نیز می توانند پس از برش یا شکل دهی برای تولید قطعات فنری مورد استفاده قرار گیرند. از کاربردهای متداول فولاد فنر می توان به تیغه اره، نوارهای اندازه گیری، فنرهای مارپیچ، قطعات سیستم تعلیق خودرو و انواع واشر و حلقه فنری اشاره کرد.
عناصر آلیاژی مختلف نقش مستقیمی در خواص فولاد فنر دارند. برای مثال، سیلیسیم در افزایش استحکام و خواص الاستیک موثر است، کروم می تواند سختی پذیری و مقاومت سایشی را افزایش دهد و وانادیوم نیز در بهبود استحکام و خواص مکانیکی فولاد نقش دارد.
طیف وسیعی از مواد برای ساخت فنرهای فلزی مورد استفاده قرار می گیرند که مهم ترین آنها عبارتند از:
-
فولادهای کربنی
-
فولادهای آلیاژی
-
فولادهای مقاوم در برابر خوردگی
-
فسفر برنز
-
برنج فنری
-
مس بریلیم
-
فولادهای آلیاژی نیکل دار
-
فولادهای آلیاژی تیتانیوم دار
فولاد فنر به دلیل استحکام بالا در ساخت قطعاتی مانند رینگ ها و حلقه های نگهدارنده نیز کاربرد دارد. فولادهای فنری کربنی در شرایط محیطی مستعد خوردگی هستند، بنابراین در کاربردهایی که قطعه در معرض رطوبت یا عوامل خورنده قرار دارد، استفاده از پوشش مناسب اهمیت زیادی دارد. پوشش روی یا پوشش های غیر فلزی از جمله روش هایی هستند که می توانند مقاومت قطعه در برابر خوردگی را افزایش دهند.
خواص مکانیکی و فیزیکی فولادهای فنر
استحکام فولادهای فنر پس از انجام عملیات حرارتی مناسب به میزان قابل توجهی افزایش پیدا می کند. این ویژگی باعث می شود قطعه در برابر تنش های کششی، خمشی و پیچشی مقاومت مناسبی داشته باشد و در محدوده طراحی شده دچار تغییر شکل دائمی نشود.
یکی دیگر از ویژگی های مهم فولاد فنر، مقاومت مناسب در برابر خستگی است. از آنجا که فنرها در بسیاری از کاربردها به طور مداوم تحت بارگذاری و باربرداری قرار می گیرند، مقاومت به خستگی تاثیر مستقیمی بر طول عمر آنها دارد.
گریدهای کربنی ساده فولاد فنر
این گریدها معمولا دارای کربن و منگنز هستند و در گروه فولادهای کربنی قرار می گیرند. درصد نسبتا بالای کربن در این فولادها باعث می شود پس از عملیات حرارتی، استحکام و سختی مناسبی به دست آورند. به همین دلیل این گریدها می توانند در بسیاری از کاربردهای فنری مورد استفاده قرار گیرند.
دو نمونه از گریدهای متداول این گروه عبارتند از:
| گرید | کربن | منگنز | فسفر | گوگرد | سیلیسیم | کروم |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.1221 (CK60) | 0.57-0.65 | 0.6-0.9 | Max 0.035 | Max 0.035 | Max 0.4 | Max 0.4 |
| 1.1248 (CK75) | 0.70-0.80 | 0.6-0.9 | Max 0.025 | Max 0.025 | 0.15-0.35 | Max 0.4 |
گریدهای سیلیسیم دار فولاد فنر
وجود سیلیسیم در این گریدها باعث افزایش استحکام و بهبود برخی خواص مکانیکی فولاد می شود. فولادهای فنری سیلیسیم دار پس از عملیات حرارتی مناسب می توانند ترکیب مطلوبی از استحکام و قابلیت تحمل بارهای دینامیکی ایجاد کنند.
| گرید | کربن | سیلیسیم | منگنز | فسفر | گوگرد | Cu+10Sn |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.5023 | 0.35-0.42 | 1.5-1.8 | 0.5-0.8 | Max 0.025 | Max 0.025 | Max 0.6 |
| 1.5024 | 0.42-0.50 | 1.5-2.0 | 0.5-0.8 | Max 0.025 | Max 0.025 | Max 0.6 |
| 1.5026 | 0.52-0.60 | 1.6-2.0 | 0.6-0.9 | Max 0.025 | Max 0.025 | Max 0.6 |
گریدهای کروم دار فولاد فنر
وجود کروم می تواند سختی پذیری و مقاومت سایشی فولاد را بهبود دهد. به همین دلیل فولادهای فنری کروم دار در قطعاتی که علاوه بر خواص فنری به مقاومت سایشی نیز نیاز دارند مورد استفاده قرار می گیرند.
| گرید | کربن | منگنز | فسفر | گوگرد | سیلیسیم | کروم | Cu+10Sn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.7176 | 0.52-0.59 | 0.7-1.0 | Max 0.025 | Max 0.025 | Max 0.4 | 0.7-1.0 | Max 0.6 |
| 1.7177 | 0.55-0.65 | 0.7-1.0 | Max 0.025 | Max 0.025 | Max 0.4 | 0.6-0.9 | - |
گریدهای کروم وانادیوم دار فولاد فنر
فولادهای کروم وانادیوم دار از گریدهای مهم فولاد فنر محسوب می شوند. حضور همزمان کروم و وانادیوم می تواند سختی پذیری، استحکام و مقاومت به خستگی فولاد را افزایش دهد. این ویژگی ها باعث شده است این گروه در بسیاری از فنرهای تحت بار و قطعات صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
| گرید | کربن | منگنز | فسفر | گوگرد | سیلیسیم | کروم | وانادیوم | Cu+10Sn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.8159 | 0.47-0.55 | 0.7-1.1 | Max 0.025 | Max 0.025 | Max 0.4 | 0.9-1.2 | 0.1-0.25 | Max 0.6 |
سایر گریدهای مولیبدن و نیکل دار
این گریدها به واسطه حضور عناصر آلیاژی مختلف می توانند خواص متفاوتی داشته باشند. برای مثال، مولیبدن می تواند سختی پذیری و پایداری خواص فولاد در دماهای بالاتر را بهبود دهد و نیکل نیز معمولا در افزایش چقرمگی فولاد موثر است.
برخی از این گریدها در جدول زیر آورده شده اند:
| گرید | کربن | سیلیسیم | منگنز | فسفر | گوگرد | کروم | مولیبدن | نیکل | وانادیوم | Cu+10Sn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.7117 | 0.49-0.56 | 1.2-1.5 | 0.7-1.0 | Max 0.025 | Max 0.025 | 0.7-1.0 | - | 0.5-0.7 | - | Max 0.6 |
| 1.7701 | 0.48-0.56 | Max 0.4 | 0.7-1.1 | Max 0.025 | Max 0.025 | 0.9-1.2 | 0.15-0.30 | - | 0.1-0.2 | - |
سختی پذیری فولادهای فنر
سختی فولاد فنر به ترکیب شیمیایی، گرید، عملیات حرارتی و میزان تشکیل مارتنزیت بستگی دارد. بر اساس گرید و شرایط عملیات حرارتی، در ساختاری با حدود 80 درصد مارتنزیت می توان به سختی تقریبی 44 تا 54 راکول C دست یافت. در صورت تشکیل حدود 90 درصد مارتنزیت، این مقدار بسته به گرید می تواند در محدوده تقریبی 48 تا 57 راکول C قرار گیرد.
البته مقدار دقیق سختی باید بر اساس استاندارد، گرید فولاد و شرایط عملیات حرارتی تعیین شود و نمی توان یک مقدار ثابت را برای تمام فولادهای فنر در نظر گرفت.
گریدهای استنلس استیل فنری
از گریدهای رایج فولاد زنگ نزن که برای کاربردهای فنری مورد استفاده قرار می گیرند می توان به گریدهای 301 و 304 اشاره کرد. این محصولات معمولا در ضخامت های پایین نیز عرضه می شوند و فرآیندهایی مانند نورد سرد می توانند باعث افزایش استحکام و سختی آنها نسبت به حالت آنیل شده شوند.
فنرها تقریبا در تمام صنایع کاربرد دارند. فولاد ضد زنگ نیز به دلیل دوام مناسب، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت دستیابی به استحکام بالا یکی از مواد مورد استفاده برای ساخت برخی انواع فنر است.
فنرهای کششی از جنس فولاد ضد زنگ در حالت عادی معمولا دارای حلقه های نزدیک به یکدیگر هستند و هنگام کشیده شدن انرژی مکانیکی ذخیره می کنند.
فنرهای فشاری از جنس فولاد ضد زنگ هنگام فشرده شدن انرژی ذخیره می کنند و پس از برداشته شدن نیرو تمایل دارند به طول اولیه خود بازگردند.
فنرهای پیچشی از جنس فولاد ضد زنگ نیز بر اساس اعمال گشتاور کار می کنند و انرژی مکانیکی را در اثر پیچش ذخیره می کنند.
روش تولید فنر
روش تولید فنر به نوع فنر، ابعاد، گرید فولاد و کاربرد نهایی آن بستگی دارد. در تولید سیم فنر، ماده اولیه می تواند طی فرآیند کشش از میان مجموعه ای از قالب ها عبور کند تا قطر آن به تدریج کاهش یافته و به اندازه مورد نظر برسد.
پس از آماده سازی سیم یا مقطع فولادی، عملیات شکل دهی فنر انجام می شود. بسته به نوع فولاد و ابعاد قطعه، شکل دهی می تواند به صورت سرد یا گرم انجام شود. پس از شکل دهی نیز ممکن است عملیات حرارتی برای دستیابی به استحکام، سختی، مقاومت به خستگی و خواص الاستیک مورد نیاز انجام شود.
فولاد فنر با کیفیت با حامیران
فولادهای فنر با ویژگی هایی مانند حد الاستیک مناسب، استحکام تسلیم بالا، مقاومت به خستگی، قابلیت جذب انرژی و مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی شناخته می شوند. در برخی گریدها، بسته به ترکیب شیمیایی، مقاومت به خوردگی و چقرمگی مناسب نیز از ویژگی های مهم این محصولات محسوب می شود.
مقاومت در برابر خستگی یکی از مهم ترین پارامترها در انتخاب فولاد فنر است، زیرا این قطعات معمولا در طول عمر کاری خود بارها تحت تنش های متناوب قرار می گیرند. به همین دلیل کیفیت سطح نیز اهمیت زیادی دارد. وجود بریدگی، خراش، ترک یا ناهمواری سطحی می تواند تمرکز تنش ایجاد کرده و احتمال شروع ترک خستگی را افزایش دهد.
عملیات حرارتی فولاد فنر بسته به نوع گرید و کاربرد متفاوت است. در بسیاری از فولادهای فنری، فرآیند شامل آستنیته کردن، کوئنچ و سپس تمپر کردن است. محدوده دمایی دقیق هر مرحله باید بر اساس گرید فولاد و استاندارد مربوط به آن انتخاب شود. در نتیجه عملیات حرارتی مناسب، می توان به ساختاری مانند مارتنزیت تمپر شده و ترکیب مطلوبی از استحکام، سختی و چقرمگی دست یافت.
برای انتخاب و خرید انواع فولاد فنر می توانید با کارشناسان ما در فولاد حامیران تماس حاصل فرمایید.
