فولاد فنر چیست؟

فنرها اجزای اساسی مکانیکی هستند؛ که در بسیاری از سیستم های مکانیکی یافت می شوند. فولاد یک ماده مهندسی مهم برای تولید اجزای با استحکام بالا در هر سیستم مکانیکی است. فنر یک جزء الاستیک است که قادر به ذخیره یک اثر نیروی اعمال شده است.
کیفیت و طول عمر بالای فنرها مورد توجه است. این قابلیت برای عملکرد سیستم مکانیکی بسیار مهم است. ظرفیت فنر برای تحمل بارهای استاتیک و دینامیک در مدت زمان طولانی به فولاد فنر بستگی دارد. فولاد مورد استفاده برای تولید فنرها را فولاد فنر می‎نامند.

فولاد فنر، نامی است که به طیف گسترده ای از فولاد های مورد استفاده در ساخت فنرها، خصوصاً در سیستم تعلیق اتومبیل و صنعتی داده می شود. اصطلاح (استحکام تسلیم) به توانایی ماده در تحمل خم شدن یا تاب خوردن قابل توجه و بازگشت به شکل اصلی بدون تغییر شکل اشاره دارد. آلیاژهای فولاد فنر از ویژگی های منحصر به فردی از جمله توانایی مقاومت در برابر نیروهای قابل پیچش یا خمش قابل توجه و بدون ایجاد کج شدگی برخوردار هستند.

مشخصات فولاد فنر

این خواص با اضافه کردن عناصر آلیاژی مختلف در فولادها برآورده می شوند. این عناصر شامل سیلیکون، منگنز، کروم، وانادیوم، مولیبدن و نیکل هستند (در صورت فولادهای ضد زنگ). به طور کلی فنرها از فولاد های فنر با کربن بالا، فولاد های فنر آلیاژی و فولاد فنر ضد زنگ ساخته می شوند.

خاصیت الاستیسیته باعث می شود هنگامی که این آلیاژ تحت فشار بسیار زیادی قرار می گیرد بتواند به مقدار کافی تغییر شکل بدهد و همچنین باعث می شود که استحکام قابل توجهی در مقابل کشش داشته باشد؛ بنابراین وجود عنصر سیلیسیم در این آلیاژ نقش بسیار مهم و کلیدی را داراست. لازم به ذکر است که وجود عنصر تیتانیوم در فولاد فنر باعث ایجاد مقاومت در مقابل مواد و محیط اسیدی می شود و اگر مقدار و یا درصد عنصر موجود در فولاد فنر افزایش یابد مقدار این مقاومت نیز افزایش می باید و اگر مقدار آن در این آلیاژ کم شود طبیعتاً میزان مقاومت نیز کاهش خواهد یافت.

انواع فولاد فنر:

فولاد فنر دارای انواع و اقسام مختلفی می باشد که می توانند قبل از شکستن به حالت های پلاستیک و یا الاستیک در بیایند، حالت پلاستیک به زمانی گفته می شود که وقتی فشار از روی آن برداشته می شود آلیاژ به حالت اول خود باز نگردد ولی در الاستیک بعد از برداشتن فشار باید بتواند به حالت اول خود بازگردد.

فولاد فنر کربن بالا :

رایج ترین فولاد فنر – هزینه کم ، به راحتی کارپذیر، در دسترس بودن. برای برنامه های درجه حرارت بالا یا پایین یا برای بارگذاری شوک یا ضربه توصیه نمی شود.

 

فولاد فنر آلیاژی :

برای فشار و ضربه زیاد یا بار شدید استفاده می شود. می تواند دامنه دمایی وسیع تری را نسبت به فولاد فنر کربن بالا تحمل کند.

 

فولاد فنر ضد زنگ :

بعضی از آلیاژها تا دمای ۲۸۸ درجه سانتی گراد را مجاز می کنند. مقاوم در برابر خوردگی هستند. فقط استیل ۱۸-۸ برای دمای زیر صفر توصیه می شود.

 

آلیاژهای فنر پایه مس :

گرانتر از فولادها هستند اما به دلیل هدایت‌ پذیری خوب و مقاومت در برابر خوردگی در اجزای الکتریکی استفاده می شوند. مناسب برای دمای زیر صفر است.

 

آلیاژهای فنر پایه نیکل :

مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در طیف وسیعی از دما ها را دارند. غیر مغناطیسی هستند اما مقاومت الکتریکی نسبتاً زیادی دارند.

 

فولاد فنر CK :

از انواع فولادهای قابل عملیات حرارتی می باشند که انوع مختلفی دارند که از جمله ی آن ها می توان به CK35 ، CK45، CK60، CK75 ،CK70 اشاره کرد که دارای ویژگی و ساختار متفاوتی نسبت به یکدیگر می باشند. این فولادها در صنعت بسیار پرکاربرد و پرمصرف می باشند. فولادهای فنر CK70  و CK60 از جمله ی فولادهای فنر بسیار پرکاربرد در صنعت می باشند که در ساخت و تولید تسمه های فنر از آن ها استفاده می شود.

مقدار و درصدهای عناصر به کار رفته در این آلیاژها با یکدیگر متفاوت می باشد ولی تا حدودی مقدار این درصدها در فولادهای فنر CK60 و CK70 به یکدیگر نزدیک می باشد.

از فولاد فنر CK75 در موارد بسیار زیادی استفاده می شود و دامنه ی کاربرد بسیار زیادی دارد که از جمله ی آن می توان به استفاده در مهندسی مکانیک، قطعات موتورها-پیچ ها، شفت ها، محور ها، بازوی اکسل ها، قطعات فرران، قطعات دنده ها کردن پین، میل لنگ ها اجزای فرران، چرخ دنده ها، پیسوله ها، رینگ ها، متصل ها، میل لنگ، مهره ها، چرخ های محرک، میل محور اشاره کرد. بنابراین این فولاد فنر در صنایع خودرو، نفت گاز و پتروشیمی، جنگ افزار سازی، معدن، غذایی و دارویی، تجهیزات آزمایشگاه، ساختمان، کشاورزی و غیره دامنه ی کاربرد بسیار گسترده ای دارد.

کاربرد فولاد فنر

فولاد فنر دارای کاربرد گسترده ای در برنامه‌های تجاری است. این فولاد، فلزی متداول برای ساخت اشیاء مانند فنر، واشر، تیغه اره، سیستم تعلیق اتومبیل، آنتن و خراشنده است. همچنین برای ساختن قطعات ماشین چمن زنی، تجهیزات فرود هواپیماهای کوچک و فنرهای سیم پیچ خودرو استفاده می شود.کاربرد فولاد در فنرسازی بسیار متعدد می باشد اما از اصلی ترین دلایل استفاده از آن در صنعت فنرسازی می توان به خاصیت ارتجاعی آن که به دلیل شکل پذیری الاستیک است اشاره کرد.

محصولات ساخته شده از این آلیاژهای فولادی می توانند به صورت مداوم خمیده، فشرده، کشیده یا پیچ خورده شوند. این ویژگی به عنوان استحکام تسلیم بالا تعریف شده و نتیجه ترکیب خاص و سخت شدن آلیاژ فولاد است. فولادهای فنر، آلیاژهای کربن متوسط تا زیاد هستند. سایر آلیاژها که افزوده میشود، به طور معمول شامل منگنز و سیلیکون هستند که سیلیکون جزء اصلی این فولاد برای داشتن استحکام بالا است.

این مقاطع فولادی پس از ریختگی سخت شده و سرد می شوند تا استحکام تسلیم آنها بهبود یابد. محصولات فولاد فنر معمولاً به صورت سیم کشیده می شوند. لازم به ذکر است که این محصولات بدون اینکه دچار تغییر شکل شوند، به شکل اصلی خود برمی گردند. فولاد فنر معمولاً به عنوان فولاد فنر آنیل شده یاد می شود، و به عنوان فولادی که “استفاده عمومی” دارد شناخته می شود. برای فنرهای کوچک، فولادی به تولیدکنندگان فنر عرضه می شود که نیازی به عملیات حرارتی نداشته باشد. تنها عملیات حرارتی مورد استفاده برای تولید فنر، آنیل کردن در دمای پایین است. این عملیات برای آزاد کردن کرنش در هنگام تغییر شکل است. از انواع فنرها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • فنرهای لوله ای فشاری:

فاصله ی میان دایره های این نوع از فنر از یکدیگر زیاد می باشد تا هنگامی که به آن فشار اعمال می شود بتواند آن را تحمل کند.

  • فنر کششی :

این نوع از فنرها عملکردی برعکس فنرهای لوله ای فشاری دارند، در این نوع از فنرها فاصله ی دایره ها کمتر بوده و برای اعمال فشار مناسب می باشد.

  • فنرهای پیچشی:

از این نوع فنرها هنگامی استفاده می شود که ملاک ما تحمل و ایجاد گشتاور می باشد.

  • فنرهای تخت:

این فنرها برای جذب نیروهایی از جمله نیروی خمشی مورد استفاده قرار می گیرد.

  • فنرهای مخروطی:

این فنرها می توانند ضریب سختی غیربرابر را تحمل کنند بدین صورت که اگر نیروی کمی بر آن وارد شود به صورت نرم عمل می کند ولی اگر نیروی بسیار زیادی به آن اعمال شود به صورت سخت عمل می کند.

 

فولاد فنر به صورت میله هایی با مقطع گرد یا مسطح و همچنین سیم، ورق یا نوار تولید می شود. رشد مواد، مراحل طراحی و فرآیندهای تولید، به فنر اجازه می دهد تا فنرهایی با عمر خستگی بیشتر، کاهش پیچیدگی و میزان تولید بالاتر تولید شوند. بیشتر فنرها خطی هستند به این معنی که نیروی مقاومت آن نسبت به جابجایی، خطی است.

فهرست