Svojstva i upotreba opružnog čelika

Što je opružni čelik?

Spring steel is a term that covers a wide range of metals used in the manufacture of springs and other applications. It has a high yield strength and resistance, which allows it to return to its original shape despite significant bending or twisting.

U usporedbi s drugim čelicima, čelik za opruge ima veću čvrstoću i može se deformirati do određenog naprezanja (granica elastičnosti “Rp”). Nakon rasterećenja, opružni čelik se tada vraća u početni položaj bez da se trajno deformira.

Na primjer, čelik za opruge EN 10270-3-1.4310 ima vlačnu čvrstoću od 1250 do 2200 N/mm², u usporedbi s 360 N/mm² za konstrukcijski čelik S235JR.

Ovdje je odlučujuća razlika u omjeru granice razvlačenja, tj. omjeru granice elastičnosti i vlačne čvrstoće materijala, koji je kod čelika za opruge normalno >85%.

Elastičnost kao glavna karakteristika čelika za opruge postiže se u procesu proizvodnje posebnom legurom dodatkom silicija (Si), mangana (Mn), kroma (Cr), vanadija (V), molibdena (Mo) i nikla (Ni ).

Opružni čelik je niskolegirani, srednje ugljični čelik koji ima vrlo visoku granicu razvlačenja, sposoban postići vlačnu čvrstoću do 2000MPa.

Zbog svojih svojstava, takve se legure koriste za izradu opterećenih elemenata ovjesa automobila, satnih opruga, opruga otpornih na vibracije i mnogih drugih dijelova.

Characteristics of spring steel

Opružni čelik mora imati veliku elastičnu i dovoljnu sposobnost plastične deformacije (namatanje opruga). Mora imati visoku granicu elastičnosti, istezanje pri lomu i suženju, kao i povoljnu čvrstoću na puzanje i zamor.

U tu svrhu čelik za opruge mora imati niski rub naugljičenog kraja i površinu bez pukotina. Konačna toplinska obrada može povećati vlačnu čvrstoću opružnog čelika.

Glavna razlika između ugljičnog čelika i čelika za opruge je u tome što čelici za opruge imaju visok modul elastičnosti. Ova je karakteristika svojstvena legurama ugljika i legura.

Čelik za opruge koristi se za izradu energetski elastičnih dijelova povećane krutosti. Činjenica je da visoki modul elastičnosti takvog čelika značajno ograničava elastičnu deformaciju elementa izrađenog od ovog materijala.

Chemical composition of spring steel

Sastav opružnog čelika uključuje ugljik, njegov postotak može biti od 0,30 do 0,80% mase legure.

Čelici za opruge mogu biti izrađeni od legura otpornih na koroziju (kao što su X10CrNi188, CuSn6), legura otpornih na toplinu, legura čelika za opruge niske temperature, nemagnetskih čelika za opruge i čelika za opruge otpornih na morsku vodu.

Osim toga, koriste se sljedeći legirajući elementi:

• Silicij – do 2,5 %,
• mangan – do 1,3%,
• Volfram – do 1,3 %,
• Nikal – do 1,7 %.

Treba napomenuti da krom i mangan s legiranjem spojeva čine čelik otpornijim na male plastične deformacije.

Dodaci kao što su nikal i volfram doprinose stvaranju najfinije homogene strukture karbidne frakcije, što sprječava dislokaciju.

Ugljični opružni čelik osjetljiv je na deformaciju vanjskog sloja materijala.

Da bi opružni čelik dobio tvrdoću, kali se u temperaturnom rasponu od 850-880 stupnjeva Celzijusa. Međutim, stvrdnuti materijal gubi svoju elastičnost kako se stvara martenzit.

Da bi čelik bio elastičniji, kaljen je na temperaturi od 420-510 stupnjeva Celzijusa. Kao rezultat, nastaje trostit, raste elastična deformacija legure do vlačne čvrstoće od 1200-1900 MPa i granice razvlačenja od 1100-1200 MPa.

Čelici za opruge otporni su na stvaranje hrđe jer sadrže legirajuće elemente kao što su krom i molibden

Unatoč brojnim prednostima, opružni legirani čelici imaju nedostatke:

• Čelik za opruge je teško zavariti, zbog visokog ugljika i drugih legirajućih elemenata koji utječu na zavarljivost.
• Opružni čelik je teško rezati, jer materijal ima visoku otpornost na deformacije.

Toplinska obrada opružnog čelika

Postoji mnogo načina toplinske obrade opružnog čelika. Određena tehnologija odabire se uzimajući u obzir proizvodne zahtjeve za čelični proizvod.

U većini slučajeva koriste se dvije metode toplinske obrade. Uz njihovu pomoć moguće je postići potrebna kemijska i fizikalna svojstva čelika.

Ove dvije metode su:

1. Normalizacija” i
2. Kaljenje i kaljenje.

Areas of application of spring steels

Kada se radi o proizvodnji dijelova za strojeve ili alate koji moraju izdržati zamor i pritisak, opružni čelik često je preferirani izbor.

Automobilski dijelovi poput amortizera često se izrađuju od opružnog čelika jer moraju ostati izdržljivi unatoč dugotrajnoj uporabi u izazovnim okruženjima. Slično tome, medicinski uređaji kao što su vijci za kosti zahtijevaju otpornost na koroziju tako da opružni čelik može biti idealan izbor i za ovu svrhu.

Također se koristi u proizvodnji opruga koje su dizajnirane za pohranjivanje energije kompresijom ili istezanjem.

Čelik za opruge proizvodi mnoge elemente koji se koriste u automobilima, opremi i drugim instalacijama.

No, od čelika se ne proizvode samo dijelovi za automobile. Opružni čelik je glavni materijal od kojeg se izrađuju brave, opruge za tarne diskove, sve vrste mehanizama koji se koriste u proizvodnji.

Open this in UX Builder to add and edit content