فنرها از جمله اجزای مهم در سیستم‌های مکانیکی هستند که لازمه آن‌ها الاستیک بودن و برخورداری از خاصیت انعطاف‌پذیری می‌باشد. در زندگی روزمره و در بسیاری از لوازم اطراف ما، فنرها نقش مهمی را ایفا می‌کنند. برای ساخت فنر از فلزات مختلفی استفاده می‌شود که در ادامه مطلب به شرح کامل آن خواهیم پرداخت. در حقیقت فولاد مصرفی برای تولید فنر، فولاد فنر نامیده می‌شود که در مقاله پیش رو به تفصیل به بررسی آن خواهیم پرداخت. با شاهین فلز سپاهان تا انتهای مطلب همراه شوید.
فولاد فنر چیست؟
فولاد فنر (به انگلیسی Spring Steel) به مجموعه فولادهایی گفته می‌شود که در ساخت فنر مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از اصلی‌ترین پارامترها و معیارهای ساخت فنر با فولاد، توانایی فولاد در مقدار تحمل خم شدن و بازگشت آن به شکل اولیه یا به عبارت دیگر، استحکام تسلیم است.
بنابراین ویژگی آلیاژهای فولاد باید به نحوی باشد که در برابر نیروهای خمشی و پیچشی، مقاومت بالایی از خود نشان دهند. فولادهای فنری مقاومت زیادی در برابر خم شدن دارد. به همین علت انعطاف پذیری بالایی داشته و در عملیات حرارتی و شکل پذیری، مقاومت قابل توجهی از خود نشان می‌دهد.
افزون بر آن فولادهای فنر، دارای استحکام کششی بالا هستند تا در برابر سایش و ارتعاش مقاومت کافی دارا باشند. از ترکیب آلیاژهای مختلفی مثل نیکل، منگنز، وانادیوم و کروم در فولادهای فنر، می‌توان ویژگی‌های موردنیاز در انواع فنرها را به دست آورد.
فولادهای فنر چگونه تولید می‌شوند؟
برای تولید انواع فولادهای فنر به مقدار متوسط تا زیاد، از آلیاژهای کربن استفاده می‌شود. میزان کربن مورد استفاده برای این فولاد مابین 0.5 تا 1 درصد است، اما میزان استفاده از سایر عناصر، به نوع کاربرد این فولاد وابسته است.
بکارگیری عنصر سیلیکون سبب افزایش استحکام فنر می‌گردد. این مقاطع فولادی بعد از عملیات ریختگی در ابتدا سخت می‌شوند و سپس سرد شده تا مقاومت محصول تولید شده در برابر خم شدن افزایش یابد. برای تولید فنرهای کوچک معمولا از فولادی استفاده می‌شود که احتیاج به عملیات حرارتی نداشته باشد، تا تولید فنر به آسانی انجام گیرد.
لازم به ذکر است که تولید فنر با عملیات حرارتی آنیل کردن در دمای پایین همراه است و به هنگام تغییر شکل فنر، برای آزاد کردن کرنش مورد استفاده قرار می‌گیرد. تولید و بسته بندی فولاد مصرفی برای فنر به اشکال مختلفی مانند سیم، ورق، نوار و میله‌هایی مسطح یا با مقطع گرد، انجام می‌شود.
انواع فولاد فنر از لحاظ ترکیب شیمیایی
طبق این دسته‌بندی انواع فولادهای مورد استفاده در ساخت فنر شامل موارد زیر می‌شود:
- فولاد فنر پرکربن
این نوع از فولادهای فنر در مواردی که به تحمل بار و درجه حرارت بالا نیاز نیست، استفاده می‌شود و دارای قیمت پایین‌تری نسبت به سایر فولادهای فنر هستند.
- فولادهای فنر آلیاژی
این نوع از فولادها زمان‌هایی که به مقاومت در برابر تنش و بارگذاری‌های زیاد نیاز باشد، کاربرد دارند، اما از لحاظ مقاومت به درجه حرارت، کاربرد بسیاری ندارند.
- فولاد فنر زنگ نزن
این نوع از فولادهای فنر در مواقعی که نیاز به مقاومت به خوردگی و تحمل دمای بالاتر از 280 درجه سانتی‌گراد باشد، استفاده می‌شوند.
انواع فولادهای فنر از لحاظ کاربرد
انواع فولادهای فنر از نظر کاربری، شامل موارد زیر می‌شود:
فولاد فنر CK75
فولادهای فنر ck75 یکی از فولادهای فنریست که برای تولید فنر با دقت ابعادی بالا استفاده می‌شود.
فولادهای فنر CK67
فولادهای فنر ck67 دارای استحکام کششی و خاصیت ضدسایش مناسبی است و از آن‌ها در نوارهای فولادی نورد سرد شده برای فنرهای با دقت ابعادی بالا بکار گرفته می‌شود.
فولاد فنر 1.8159
این فولاد با نام فولاد 51CrV4 نیز شناخته می‌شود و برای تولید فنرهای چندلایه، مارپیچ، تخت و میله‌ای تحت پیچش به کار می‌رود.
فولادهای فنر 1.7103
این فولاد 7103 در ساخت فنرهای چند لایه، ماپیچ، تخت و میله‌ای تحت پیچش کاربرد دارد.
فولاد فنر 1.7701
از این فولاد در صنعت خودروسازی، قطعات و ماشین آلات، موتورها و فنرهای چرخشی و غیره استفاده می‌شود.
فولادهای فنر 1.8161
فولاد 8161 در قطعات نیرو محرکه، چرخ دنده و اجزای مقاوم در برابر سایش، استفاده می‌گردد.
فولاد فنر 70cr2
این فولاد در صنعت مس، ساچمه‌های یاتاقان‌ها و بلبرینگ‌ها و غیره استفاده می‌گردد.
فولاد فنر 1.7176
از جمله خصوصیات فولاد 7176 می‌توان به تنش‌پذیری مناسب، خاصیت شکل پذیری، خاصیت الاستیسیته، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش اشاره کرد.
فولاد فنر 1.7117
از این فولاد در ساخت فنر اتومبیل، ماردون و غیره استفاده می‌کنند.
سختی فولاد فنر
فولادهای فنر ck75 را می‌توان به روش‌های مختلفی سخت‌کاری نمود. معمولا از روش کار سرد، حرارت و کوئنچ این فولاد، سخت‌کاری آن صورت می‌گیرد. این فولاد در مقایسه با فولادهای کم کربن، به مقدار نیروی بیش‌تری برای کار سرد نیاز دارد.
عملیات حرارتی فولاد فنر
همان‌گونه که مطرح شد، وجود کربن در ساختار شیمیایی فولادهای فنر ck75 در مقادیر بالا، سبب تنش تسلیم و سختی بالا می‌شوند. به همین خاطر، ماشین‌کاری این فولاد چندان آسان نیست. بنابراین فولاد فنر ck75 در حالت آنیل شده که نرم‌ترین شکل می‌باشد، عرضه می‌گردد.
عملیات حرارتی فولاد در دمای ۹۲۶ درجه سانتی‌گراد و خنک‌سازی آن در کوره، به معنای آنیل یا نرم‌سازی این فولاد است. سخت‌کاری فولاد فنر نیز به دو طریق حرارت‌دهی و سپس کوئنچ آن و روش کارسرد قابل انجام است.
تغییر شکل فولاد فنر در دماهای پایین کار سرد نامیده می‌شود. با تغییر ریزساختار فولاد و ریزدانه‌شدن آن، سختی و استحکام فولاد فنر ck75 افزایش پیدا می‌کند. پس از تولید این آلیاژ، برای عملیات تنش‌زدایی آن را در دمای 600 تا 650 درجه سانتی‌گراد و به مدت 2 ساعت حرارت می‌دهند سپس دمای آن را در کوره اتمسفری کنترل کرده تا به 450 درجه سانتی‌گراد برسد. در نهایت نیز دمای آن را با قراردهی در هوای آزاد کاهش می‌دهند.
کاربرد فولاد فنری چیست؟
از فولادهای فنری در صنعت برای کاربری‌های زیر استفاده می‌شود:
- برای ساخت انواع فنرها، تیغه، چاقو، اره، واشر و غیره
- ساخت قطعات ماشین چمن‌زنی
- سیستم تعلیق خودرو
- هواپیماهای کوچک و تجهیزات آن‌ها
- فنرهای سیم پیچ خودرو
عوامل موثر بر قیمت فولاد فنر
نوع فولاد فنر، آلیاژ مصرفی در آن، قیمت مواد اولیه، برند تولید کننده، نوسانات ارزی و تورم، بر قیمت تمام شده فولاد فنر اثرگذار خواهند بود.
جمع بندی
به مجموعه فولادهایی که برای تولید فنر مورد استفاده قرار می‌گیرد، فولادهای فنری گفته می‌شود. از این فولاد در ساخت انواع فنر، چاقو، تجهیزات هواپیما و غیره استفاده می‌گردد. فولادهای فنر شامل انواع مختلفی همچون ck75، ck67، 1.8159 هستند که هر کدام دارای خواص و ویژگی‌های منحصر به خود می‌باشند.
منبع(Resource): Spring steel
سوالات متداول
قیمت فولاد فنر متاثر از چه عواملی است؟
نوع آلیاژ به کار رفته، هزینه متریال اولیه، نوع فولاد و غیره بر قیمت این محصول اثرگذار هستند.
فولاد فنر ck57 چیست؟
از انواع فولادهای فنریست که برای تولید فنر با دقت ابعادی بالا استفاده می‌شود.
عملیات حرارتی فولاد فنر به چه صورت است؟
عملیات حرارتی فولاد در دمای ۹۲۶ درجه سانتی‌گراد و خنک‌سازی آن در کوره، به معنای آنیل یا نرم‌سازی این فولاد است. سخت‌کاری فولاد فنر نیز به دو طریق حرارت‌دهی و سپس کوئنچ آن و روش کارسرد قابل انجام است.
