فولاد فنر چيست ؟ | خواص و انواع فولاد فنر | فولاد آلياژي

فولاد فنر (به انگليسي: Spring steel) نام گستره فراواني از فولادهاي مختلف است كه در ساخت فنرها، مخصوصاً كمك فنرهاي خودرو و سيستم‌هاي تعليق ماشين آلات صنعتي كاربرد دارد. معمولاً اين فنرها، فولادهاي آلياژ-پايين منگنز دار، فولادهاي كربن-متوسط يا فولادهاي پركربن با استحكام‌هاي تسليم خيلي بالا هستند.

استحكام تسليم بالا اجازه مي‌دهد كه فنرهاي فولادي پس از تغييرشكل‌هاي نسبتاً بزرگ دوباره به حالت اوليه خود بازگردند.

درجه‌هاي مختلف
بسياري از درجه‌هاي مختلف فولادها را مي‌توان سختكاري و تمپر كرد تا براي كاربرد فنر مناسب شوند، با اين حال بعضي از فولادها خواص بسيار مناسب تري براي اينكار دارند.

دسته بندي انواع فولادهاي فنر

فولادهاي فنر از لحاظ تركيب شيميايي به سه دسته تقسيم بندي مي شوند:

فولاد فنر پر كربن

اين نوع از فولاد فنر در كاربردهايي كه به تحمل بار و درجه حرارت بالا نياز نمي باشد، مورد استفاده قرار مي گيرند و داراي قيمتي ارزان تر نسبت به ساير فولادهاي فنر مي باشند.

فولاد فنر آلياژي

اين نوع از فولادهاي فنر در مواقعي كه به مقاومت در برابر تنشها و بارگذاري هاي زياد نياز است، كاربرد دارند اما از لحاظ مقاومت به درجه حرارت، كاربرد چنداني ندارند.

فولاد فنر زنگ نزن

اين نوع از فولادهاي فنر در كاربردهايي كه نياز به مقاومت به خوردگي و تحمل دماي بالاتر از ۲۸۰ درجه سانتيگراد است، مورد استفاده قرار مي گيرند.

انواع فولادهاي فنر موجود در بازار

فولاد فنر ck75

فولاد فنر ck75 يكي از فولاد هاي فنريست كه براي توليد فنر با دقت ابعادي و كيفيت سطح بالا به كار مي رود.

فولاد فنر ck67

فولاد فنر ck67 داراي استحكام كششي و خاصيت ضد سايش مناسبي بوده و از آنها در نوارهاي فولادي نورد سرد شده براي فنرهاي با دقت ابعادي بالا و سطوح با كيفيت بالا استفاده مي شود.

فولاد فنر 1.8159

اين فولاد كه با نام فولاد 51CrV4 نيز به كار مي رود، براي توليد فنرهاي چندلايه، مارپيچ، تخت و ميله اي تحت پيچش به كار مي رود.

فولاد فنر 1.7103

از كاربردهاي فولاد فنر 7103 مي توان به استفاده از آنها در فنرهاي چند لايه اي، ماپيچ، تخت و ميله اي تحت پيچش اشاره كرد.

فولاد فنر 1.7701

اين فولاد در صنعت خودرو – قطعات و ماشين آلات و موتورها و فنرهاي چرخشي مورد استفاده قرار مي گيرد.

فولاد فنر 1.8161

فولاد فنر 8161 در قطعات نيرو محركه، چرخ دنده ها و اجزاي مقاوم در برابر سايش داراي كاربرد مي باشد.

فولاد فنر 70cr2

اين فولاد در صنعت مس(خورد كن)، ساچمه هاي ياتاقان ها و بلبرينگ ها و… داراي كاربرد مي باشد.

فولاد فنر 1.7176

خصوصيات فولاد 7176 را مي توان تنش پذيري خيلي خوب، خاصيت شكل پذيري خوب, خاصيت الاستيسيته خوب, مقاومت در برابر خوردگي و مقاومت در برابر سايش نام برد.

فولاد فنر 1.7117

اين فولاد در كاربردهايي چون فنرهاي اتومبيل، ماردون و… استفاده مي شود.

با توجه به وجود عناصري همچون سيليسيم و كروم در فولاد فنر، خواصي همچون الاستيسيته و مقاومت و پايداري در مقابل خوردگي پديد آمده است.

خاصيت الاستيسيته باعث مي شود هنگامي كه اين آلياژ تخت فشار بسيار زيادي قرار مي گيرد بتواند به مقدار كافي تغيير شكل بدهد و همچنين باعث مي شود كه داراي استحكام قابل توجهي در مقابل كشش داشته باشد بنابراين وجود عنصر سيليسيم در اين آلياژ نقش بسيار مهم و كليدي را داراست.

لازم به ذكر است كه وجود عنصر تيتانيوم در فولاد فنر باعث ايجاد مقاومت در مقابل مواد و محيط اسيدي مي شود و اگر مقدار و يا درصد عنصر موجود در فولاد فنر افزايش يابد مقدار اين مقاومت نيز افزايش مي بايد و اگر مقدار آن در اين آلياژ كم شود طبيعتا ميزان مقاومت نيز كاهش مي بايد.
البته لازم به ذكر است كه فولاد فنر داراي معايبي نيز مي باشد، از جمله ي اين معايب مي توان به قابليت بسيار پايين جوش كاري و همچنين احتمال بالاي ترك خوردگي مي باشد.

فولاد فنر داراي انواع و اقسام مختلفي مي باشد كه مي توانند قبل از شكستن به حالت هاي پلاستيك و يا الاستيك در بيايند، حالت پلاستيك به زماني گفته مي شود كه وقتي فشار از روي آن برداشته مي شود آلياژ به حالت اول خود باز نگردد ولي در الاستيك بعد از برداشتن فشار بايد بتواند به حالت اول خود بازگردد.

انواع فولاد فنر CK

فولاد فنر CK از انواع فولادهاي قابل عمليات حرارتي مي باشند كه انوع مختلفي دارند كه از جمله ي آن ها مي توان به CK35 ، CK45، CK60، CK75 ،CK70 اشاره كرد كه داراي ويژگي و ساختار متفاوتي نسبت به يكديگر مي باشند. اين فولادها در صنعت بسيار پركاربرد و پرمصرف مي باشند.

فولادهاي فنر CK70 و CK60 از جمله ي فولادهاي فنر بسيار پركاربرد در صنعت مي باشند كه در ساخت و توليد تسمه هاي فنر از آن ها استفاده مي شود.
مقدار و درصدهاي عناصر به كار رفته در اين آلياژها با يكديگر متفاوت مي باشد ولي تا حدودي مقدار اين درصدها در فولادهاي فنر CK60 و CK70 به يكديگر نزديك مي باشد. از فولاد فنر CK75 در موارد بسيار زيادي استفاده مي شود و دامنه ي كاربرد بسيار زيادي دارد كه از جمله ي آن مي توان به استفاده در مهندسي مكانيك، قطعات موتورها-پيچ ها، شفت ها، محور ها، بازوي اكسل ها، قطعات فرران، قطعات دنده ها كردن پين، ميل لنگ ها اجزاي فرران، چرخ دنده ها، پيسوله ها، رينگ ها، متصل ها، ميل لنگ، مهره ها، چرخ هاي محرك، ميل محور اشاره كرد.

بنابراين اين فولاد فنر در صنايع خودرو، نفت گاز و پتروشيمي، جنگ افزار سازي، معدن، غذايي و دارويي، تجهيزات آزمايشگاه، ساختمان، كشاورزي و غيره دامنه ي كاربرد بسيار گسترده اي دارد.

صنعت فنرسازي در ايران

در حال حاضر كشور ما در صنعت فنر سازي پيشرفت به سزايي داشته و توانسته در اين صنعت رشد و ترقي داشته باشد. فنر از بااهميت ترين قطعات مكانيكال سيستم هاي ديناميك مي باشد كه دامنه ي كاربرد و استفاده از آن در صنايع بسيار گسترده مي باشد.
فنرها انواع متفاوتي دارند كه از جمله ي آن ها مي توان به موارد زير اشاره كرد:

• فنر كششي
• فنر فشاري
• فنر پيچشي
• فنر ديسكي
• فنر بشقابي
• فنر ديافراگمي
• و …

اين فنرها در عين حال كه ظاهري بسيار ساده اي دارند اما كاربرد و رفتاري پيچيده و غير ساده دارند كه اين موضوع جالب توجه مي باشد بنابراين ساخت و توليد هريك از اين فنرها نيز با يكديگر متفاوت بوده و نياز به اصول و قوانين علمي متفاوتي مي باشد. بنابراين براي ساخت فنر و توليد آن بايد اصول و قوانين علمي را به كاربرد كه كار بسيار پيچيده اي بوده و نياز به يك صنعت توسعه يافته دارد تا بتوان فنري اصولي و مطابق با قوانين علم مكانيك توليد كرد.

در گذشته كشور ايران در اين صنعت كيفيت بسيار پاييني در توليدات و ساخت فنرها داشت زيرا براي توليد اين قطعه ي مهم و پركاربرد هيچ توجهي به علم روز دنيا نمي شد و براساس دانسته هاي تجربي و بدون متد اصول جهاني نسبت به توليدات فنر اقدام مي كردند كه نتيجه ي آن توليداتي با كيفيت و راندمان بسيار پايين بود.

اما امروزه برخي از شركت ها به خصوص شركت هاي دانشگاهي فعال در حوزه ي ساخت، به دليل استفاده از جديدترين نرم افزارهاي شبيه سازي مهندسي توانسته اند كيفيت توليدات خود را در حد زيادي افزايش دهند و در كوتاه ترين زمان كيفيت خوبي از فنرها را توليد كنند.

كاربرد و دلايل استفاده از فولاد از صنعت فنرسازي

كاربرد فولاد در فنرسازي بسيار متعدد مي باشد اما از اصلي ترين دلايل استفاده از آن در صنعت فنرسازي مي توان به خاصيت ارتجاعي آن كه به دليل شكل پذيري الاستيك است اشاره كرد اين خاصيت باعث مي شود تا بعد از برداشتن و يا رفع فشار از روي فولاد فنر دوباره اين قطعه به حالت اول خود بازگردد كه همين ويژگي باعث شده است به كاربردن آن در توليد فنر لازم و ضروري باشد. فولاد فنر به كار رفته براي ساخت و توليد فنر بايد داراي خصوصياتي باشد كه از جمله ي آن ها مي توان به موارد زير اشاره كرد:

قابليت شكل پذيري خوبي داشته باشد.
هيچگونه ايراد و نقصي را نداشته باشد.
هزينه و قيمت آن ارزان باشد.
و امكان دسترسي و تهيه ي آن سهل و راحت باشد.

پس از اين كه فولاد در ساخت فنر استفاده شد ويژگي هايي را در فنر ايجاد مي كند كه از مهم ترين اين ويژگي ها مي توان به موارد زير اشاره كرد:

در مقابل شكنندگي مقاومت بسيار زيادي دارد.
داراي خاصيت الاستيكي مي شود.
در مقابل خوردگي مقاومت زيادي پيدا مي كند.

مهم ترين خواص بوجود آمده در فولاد فنر به علت وجود سيليسيم و كروم مي باشد، كم و يا زياد شدن مقدار عناصر در فولاد فنر مي تواند كاربرد و رفتار آن را به كل تغيير بدهد

كاربردهاي فولاد فنر

همانطور كه در قسمت هاي بالايي ذكر كرديم، هر فولاد فنر داراي خصوصيت و ويژگي هاي مختص به خود است كه از انواع كاربردهاي فولاد فنر مي توان به موارد زير اشاره كرد:

فنرهاي لوله اي فشاري: فاصله ي ميان دايره هاي اين نوع از فنر از يكديگر زياد مي باشد تا هنگامي كه به آن فشار اعمال مي شود بتواند آن را تحمل كند.
فنر كششي : اين نوع از فنرها عملكردي برعكس فنرهاي لوله اي فشاري دارند، در اين نوع از فنرها فاصله ي دايره ها كمتر بوده و براي اعمال فشار مناسب مي باشد.
فنرهاي پيچشي: از اين نوع فنرها هنگامي استفاده مي شود كه ملاك ما تحمل و ايجاد گشتاور مي باشد.
فنرهاي تخت: اين فنرها براي جذب نيروهايي از جمله نيروي خمشي مورد استفاده قرار مي گيرد.
فنرهاي مخروطي: اين فنرها مي توانند ضريب سختي غيربرابر را تحمل كنند بدين صورت كه اگر نيروي كمي بر آن وارد شود به صورت نرم عمل مي كند ولي اگر نيروي بسيار زيادي به آن اعمال شود به صورت سخت عمل مي كند.