فولاد فنر چیست؟ بررسی جامع آن + راهنمای خرید

فولاد فنر، به نمونه‌ای از فولادهای آلیاژی که در آنها از عناصر مختلفی همچون کروم، سیلیسیوم، وانادیوم، منگنز و… استفاده شده است، گفته می شود. این نمونه از فولادها همانطور که مشخص است، همچون فنر، انعطاف‌پذیر هستند. از سوی دیگر وجود عنصر سیلیسیوم در آنها، منجر شده است تا خاصیت الاستیسیته داشته باشند.

بدون تردید آنچه در زمان خرید فولاد فنر برای خریداران اهمیت دارد، میزان استقامت و استحکام این نمونه از فولاد است. باید بیان کنیم که فولادهای فنری، به دلیل داشتن عنصر کروم، به شدت در برابر خوردگی مقاومت دارند. از این رو فنرهای پرکاربردی به شمار می روند. در ادامه، قصد داریم به طور جامع این فولاد را بررسی نماییم. با میهن فولاد همراه باشید.

فولاد فنر چیست؟

برای افرادی که با این نوع فولادها آشنایی ندارند، ممکن است این سوال پیش آید که منظور از فولاد فنر چیست؟ باید بگوییم این نمونه از فولادها، محبوب‌ترین موادی هستند که برای ساخت انواع فولادها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اصل منظور از فولادهای فنر، گروهی از فولادهای کربن متوسط تا پرکربن و کم آلیاژ هستند.

تمامی نمونه‌های فولاد فنر از استحکام بالایی برخوردارند. همچنین خاصیت کششی بالایی داشته و قابلیت خم شدن یا کشیدگی تحت نیروی معین را نیز دارند. البته در صورت حذف نیرو، این احتمال وجود دارد که فولاد به حالت سابق خود بازگردد. اما هیچ نوع تغییری در فرم پلاستیک آن ایجاد نخواهد شد. در اصل آنچه منجر شده است تا امروزه در بازار فروش فولاد فنر، این ماده از محبوبیت بالایی برخوردار باشد، همین خواص شگفت‌انگیز آن است.

انواع فولاد فنر

فولادهای فنر بسته به ترکیبات شیمیایی به کار رفته در آنها، در نمونه‌های مختلفی تولید و دسته‌بندی می‌شوند. از این نمونه فولادها باید به موارد زیر اشاره کنیم؛

فولادهای فنر پرکربن

این نمونه از فولادها از قیمت بسیار ارزانی نسبت به نمونه‌های دیگر برخوردارند. به این دلیل که تنها می‌توان از آنها در مواردی استفاده کرد که نیاز به تحمل بار و درجه حرارت بالا نباشد. می‌توانیم فولاد پرکربن را از سخت‌ترین و بادوام‌ترین نمونه فولادهای غیر آلیاژی معرفی کنیم؛ که در برابر سایق از مقاومت فوق‌العاده بالایی برخوردار است.

اصولا از فولاد فنر پرکربن برای ساخت انواع فنرها، تیغه‌ها و تیغه اره استفاده می‌شود. همچنین قابلیت استفاده در سیم‌های پیانو، کمک فنر چرخ‌های هواپیما، شمشیرها و شاه کلیدها را نیز دارد.

فولادهای فنر آلیاژی

این نمونه از فولادها با درصد آلیاژ بالایی که دارند، زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که به مقاومت در برابر تنش‌ها و بارگذاری‌های زیاد، نیاز باشد. البته باید بیان کنیم که فولادهای آلیاژی از نظر مقاومت در برابر حرارت بالا، چندان مورد استفاده قرار نمی‌گیرند و کاربردی ندارند. دقیقا همین مسئله، قیمت فولاد آلیاژی را نیز، تحت تاثیر قرار داده و منجر شده است تا بسته به کاربردی که دارد، با نوسان همراه باشد.

فولاد فنر ساخته شده با آلیاژ بر پایه نیکل

از دیگر نمونه فولادهای تولید شده، باید به فولاد فنر ساخته شده با آلیاژ بر پایه نیکل اشاره کنیم. این نمونه از فولادها را فنرهای نیکلی هم می‌گویند و مانند فنرهای مسی، در برابر خوردگی و طیف وسیعی از دما، مقاومت بسیار بالایی دارند. از دیگر نمونه ویژگی‌هایی که می‌توانیم برای این نوع فولادها بیان کنیم، عدم وجود میدان مغناطیسی در آنهاست.

همچنین باید بیان کنیم که فولاد فنر ساخته شده با آلیاژ بر پایه نیکل، از مقاومت الکتریکی نسبتا بالایی هم برخوردار است. به همین دلیل محبوبیت بالایی داشته و بسیار برای ساخت فنرها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولاد فنر زنگ نزن

فولادهای ضد زنگی که برای ساخت فنر استفاده می‌شوند، در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی مقاومت بالایی دارند. می‌توان به راحتی از این نمونه فنرها در دمای بیش از 200 درجه سانتی‌گراد هم، استفاده کرد. اما برای دمای پایین، تنها باید از فنرهایی استفاده کرد که از جنس استیل 8-18 هستند. پس به طور کلی همانطور که از نام این نمونه فنرها مشخص است، باید بگوییم فولاد فنر ضدزنگ مقاومت بالایی داشته و به سادگی دچار زنگ‌زدگی نخواهند شد.

فنر ساخته ‌شده با فولاد ابزار

اصولا این نوع فولاد فنر، از آلیاژهای کبالت، مولیبدن و وانادیوم با یک درصد مشخص ساخته می‌شود. می توانیم بیان کنیم که فولادهای ساخته شده از فولاد ابزار، از مقاومت بسیار بالایی در برابر حرارت و فشار برخوردارند. از این رو قیمت فولاد فنر ساخته شده با فولاد ابزار، نسبت به دیگر نمونه فولادها، بالاتر است.

گریدهای محصولات فولاد فنر

بسته به استاندارد آهن آلات، می توان انواع فولاد فنر را در دسته‌های مختلفی، طبقه‌بندی کرد. هر یک از این فولادها دارای ویژگی‌های خاص خود هستند و باید آنها را چنین معرفی کنیم؛

شما می‌توانید برای خرید فولاد 1.8159 یا فولاد 1.7176 از سایت رسمی میهن فولاد آن را تهیه نمایید.

نکات مهم برای انتخاب گرید مناسب

پیش از آنکه بخواهید یکی از این نمونه های فولاد فنر را خریداری کنید، نیاز دارید که ابتدا برخی نکات مهم را مد نظر قرار دهید. از جمله؛

• بررسی میزان شکل‌پذیری گرید
• نوع عملیات حرارتی
• میزان مقاومت گرید در برابر خوردگی
• شناخت نوع کاربرد و موارد مصرف
• بررسی نقاط قوت مورد نیاز برای استفاده از گرید مشخص

شیوه تولید فولاد فنر

بیشتر فولادهای فنری، با آلیاژهای کربن به میزان متوسط تا زیاد تولید شده و به بازار عرضه می‌شوند. میزان کربن مورد استفاده در این نوع فولادها، بین 0.5 تا 1 درصد متغیر است. همچنین به این نوع فولادها، آلیاژهای دیگری همچون منگنز و سیلیکون هم بسته به کاربردی که فنر دارد، اضافه می‌شود. برای تولید فولاد فنرها، تمامی این عناصر پس از ریختگی، سخت شده و سرد می‌شوند تا استحکام آنها بهبود یافته و تثبیت شود.

اصولا محصولات فولاد فنر به صورت سیم کشیده‌ای در می‌آیند و با عنوان فولادهای فنر آنیل از آنها یاد می‌شود. در بیشتر نمونه‌های فولاد فنر که از مقاومت بالایی در برابر حرارت برخوردارند، از وانادیم، کرم و تنگستن استفاده می‌شود. اما در تولید فولادهای مقاوم در برابر خوردگی، بیشتر از مولیبدن، کروم و نیکل باید استفاده کرد.

عملیات سخت‌کاری فولاد فنر چیست؟

منظور از عملیات سخت‌کاری فولاد فنر، همان عملیات حرارتی فنر است که بعد از پیچش فنر انجام می‌شود. در این فرایند، فنر به آرامی خنک شده و در نهایت درون روغن قرار گرفته و کونچ می‌شود. البته کونچ کردن فنر بعد از کربن‌دهی در سخت‌کاری صورت می‌گیرد. به این دلیل که این فرآیند هم از نظر مصرف انرژی و هم از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه‌تر است.

عملیات تمپرینگ فولاد فنر چیست؟

یکی از عملیات‌های حرارتی که بر روی فولاد فنر اجرا می‌شود، عملیات تمپر کردن است. در این فرآیند، فولاد تا دمای بحرانی حرارت داده شده و نیاز است که برای انجام این کار، از کوره‌ای با دمای بالا استفاده شود. اصولا حرارت‌دهی در خلا یا در مجاورت یک گاز بی اثر صورت می‌گیرد که از اکسیداسیون شدن فولاد، جلوگیری گردد. در زمانی که فولاد به دمای مشخصی رسید، این حرارت‌دهی متوقف شده و فولاد در یک زمان مشخص، خنک می‌شود.

آنالیز شیمیایی مهمترین فولادهای فنر

خواص فولادهای فولاد فنر

این نمونه از فولادها دارای خواص بسیاری هستند که از جمله آنها باید به موارد زیر اشاره کنیم؛

• مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی
• مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی
• دارای استحکام مکانیکی بالا به ویژه در حد الاستیک
• دارای مدول الاستیک مناسب

ترکیب ساختاری فولاد فنر

ترکیب ساختاری فولاد فنر، خواص مکانیکی و عملکرد مناسبی را به همراه می‌آورد. می‌تواند در برابر انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر خستگی و سایش، حرارت و مقاومت در برابر خوردگی عملکرد بالایی را ارائه دهد.

ترکیب ساختاری فولاد فنر تحت عنوان “فولاد فنر سخت‌شده مارتنزیتی” شناخته می‌شود. این ترکیب ساختاری از دو فاز اصلی تشکیل شده است فاز مارتنزیت و فاز ترویج. فاز مارتنزیت باعث افزایش سختی و مقاومت فولاد می‌شود. در حالی که فاز ترویج انعطاف‌پذیری و انرژی ذخیره‌سازی را بهبود می‌بخشد.

برای دست‌یابی به این ترکیب ساختاری، عملیات حرارتی متشکل از تمرکز حرارتی و سرد کردن سریع به کار گرفته می‌شود. در این فرآیند، فولاد فنر ابتدا به دمای بالا (دمای آستنیت) گرم می‌شود تا ریز ذرات مارتنزیت شکل‌گیری کنند. سپس، با سرعت بسیار بالا سرد می‌شود تا فاز مارتنزیت در ساختار حفظ شود. این سرعت سرد کردن سریع باعث می‌شود که تبدیل از فاز آستنیت به مارتنزیت در زمان کوتاهی اتفاق بیفتد و به تشکیل ساختار مارتنزیت منظم و متناوب در ساختار فولاد فنر منجر شود.

با توجه به ترکیب ساختاری فولاد فنر سخت‌شده مارتنزیتی، خواص مهمی مشاهده می‌شود. این فولاد دارای سختی بالا، مقاومت در برابر خستگی بهبود یافته، انعطاف‌پذیری مناسب و مقاومت خوبی در برابر خوردگی است. همچنین، با توجه به فرآیند تولید، امکان پیش‌بینی و کنترل دقیق خواص مکانیکی فولاد فنر سخت‌شده مارتنزیتی وجود دارد.

فولاد فنرها چه کاربردی دارند؟

فنرهای فولادی، به دلیل خواص مکانیکی مناسبی که دارد، در بسیاری از صنایع، مورد توجه قرار می‌گیرد. از جمله:

صنعت خودروسازی

یکی از کاربردهای اصلی فولاد فنر در صنعت خودروسازی است. فنرهای فشرده در سیستم تعلیق خودروها استفاده می‌شوند. این فولاد، برای ایجاد استحکام و کنترل حرکت و لرزش خودرو، اهمیت بسیاری دارد. همچنین، فولاد فنر در سیستم ترمز، سیستم تنظیم صندلی و سیستم ریلینگ در خودروها نیز به کار می‌رود.

صنعت ماشین‌آلات

در صنعت ماشین‌آلات، فولادهای فنر در انواع مختلفی استفاده می‌شود. این فنرها برای تعادل و کنترل حرکت قطعات ماشین‌آلات، جذب انرژی ضربه، تنظیم فشار و تعادل بار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

صنایع نفت و گاز

در صنایع نفت و گاز، فولاد فنر به عنوان یک بخش مهم در سیستم‌های لوله‌کشی و تجهیزات نفتی استفاده می‌شود. این فنرها در سیستم‌های فشار بالا و سیستم‌های آب‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، در مقابل فشار، حرارت و نیروی خستگی مقاومت بسیاری ارائه می‌دهند.

صنایع الکترونیکی

صنایع الکترونیکی نیز از این فولاد برای تولید قطعاتی مانند اسپرینگ‌ها، کانتکت‌ها، و لنزهای نوری استفاده می‌کنند. این قطعات از خواص انعطاف‌پذیری، استحکام و دقت بالای فولاد فنر بهره می‌برند تا عملکرد بهتر و پایدار دستگاه‌های الکترونیکی را ارائه دهند.

سایر محصولاتی که برای تولید از فولاد ابزار فنر در آنها استفاده می‌شود شامل:

1. تولید آنتن
2. سیم پیچ
3. گیره‌های فنری
4. سیم گیتار (سیم موسیقی)
5. تولید فنر
6. ساخت شمشیرهای فلزی برای جنگ به دلیل مقاومت بالا در برابر خم شدن
7. تولید تیغه اره
8. سیستم تعلیق اتومبیل
9. ساخت چاقو
10. تولید واشر

جدول فولاد فنر

شرکت‌های مختلف با تهیه چنین جداولی، به خریداران اطلاعات لازم را در خصوص فنرهای فولادی ارائه می‌کنند؛

فرآیندهای عملیات حرارتی فنرهای فولادی

می توان روش‌های عملیات حرارتی را بر روی فنرهای فولادی به سه روش دسته‌بندی کرد؛

روش اول: کربن‌دهی سطحی که ارزان‌ترین روش سخت کردن سطحی است و به منظور افزایش مقاومت به سایش و سختی سطح خارجی فولاد انجام می‌شود.

روش دوم: کوئیچ که به معنای سرد کردن سریع فولاد فنر و فلزات دیگر است.

روش سوم: نرمالیزاسیون کردن فولادهای تولید شده

سختی فولاد فنر قطعه مناسب برای ساخت فولاد فنری چه خصوصیاتی دارد؟

برای سخت کردن این نوع از فولادها، از دو روش حرارت‌دهی و سپس سرد کردن ناگهانی و روش کار سرد استفاده می‌شود. روش کار سرد یعنی تغییر شکل فولاد در دماهای پایین که منجر به افزایش سختی فولاد می‌شود.

جوشکاری فنرهای فولادی

فنرهای فولادی مهمترین ایرادی که دارند، این است که در برابر جوشکاری قابلیت پایینی دارند. البته می‌توان برخی از گریدهای فنر فولادی را با آمپراژ متفاوت جوشکاری کرد.

ویژگی‌های مهم در فولاد فنر

از مهمترین ویژگی‌هایی که می‌توانیم برای فولادهای فنر بیان کنیم، دسترسی آسان به آنهاست. این محصولات با قیمت ارزان و مناسب در دسترس هستند و قابلیت استفاده در صنایع و محصولات مختلفی را دارند. عناصر مختلفی در آنها استفاده شده است، که منجر شده تا فنرها بتوانند از .خواص بسیار بالایی برخوردار باشند. از این رو خریداران می‌توانند به راحتی و با اطمینان اقدام به خرید این محصولات نمایند

در چه مواردی می‌توان از فولاد فنر استفاده کرد؟

می‌توان برای تولید محصولات مختلفی همچون قفل‌ها، آنتن‌ها، خراشنده‌ها و… اقدام به استفاده از فولاد فنر نمود. همچنین این فولادها مورد استفاده در صنایع خودروسازی، هواپیمایی و… نیز قرار می‌گیرند.

مزایا و معایب استفاده از فولادهای فنر

ترکیب شیمیایی فولاد ابزار فنر

ترکیبات شیمیایی به کار رفته در فولاد فنر را باید چنین دسته‌بندی کنیم؛

• زنگ نزن
• کم کربن
• پر کربن
• کروم – وانادیم
• کروم – سیلیکون

عملیات حرارتی فولادهای فنری به چه شکل است؟

می‌توان هم به صورت کربن‌دهی سطحی به سه صورت کربن‌دهی جامد، مایع و گاز، اقدام به اجرای عملیات حرارتی فنرهای فولادی نمود؛ هم از روش‌های نرمالیزاسیون، آنیل کامل و کوئیچ استفاده کرد.

بهترین کارخانه‌های تولیدکننده فولاد فنر

از معروف‌ترین و بهترین کارخانه‌هایی که فنرهای فولادی در ایران تولید می‌کنند، باید به شرکت اصفهان فنر، شرکت فنرسازی امین و شرکت فنرسازی میلاد اشاره کرد. این شرکت‌ها فنرها مختلفی را برای استفاده در صنایع مختلف همچون صنایع خودروسازی، صنایع الکترونیک، تولید لوازم خانگی و… تولید و به بازار عرضه می‌کنند.

پرکاربردترین محصول فولادهای فنر

به طور کلی هر نمونه از انواع فولاد فنر که تولید و به بازار عرضه می‌شود، دارای کاربرد خاصی است. اما در این میان برخی نمونه‌ها، از کاربرد بیشتری برخوردار بوده و در صنایع بیشتری استفاده می‌شوند. از این نمونه محصولات، می‌توانیم به فولادهای AISI 1050، AISI 1074، AISI 1075، AISI 1095، CK67 و CK75 اشاره کنیم.

در اصل از این نوع فولاد فنر بیشتر برای تولید انواع فنرها، کمک فنر خودرو، قفل‌ها، آنتن‌ها، تیغه اره‌های با کیفیت بالا و ابزارهای سایش استفاده می‌شود. به همین دلیل هم پرکاربرد بوده و توسط بیشتر تولیدکنندگان فنرهای فولادی، استفاده می‌شوند.

قیمت فولادهای فنر

بدون تردید در زمان خرید فولاد فنر، آنچه اهمیت دارد، بررسی میزان قیمت فنر مورد نیاز است. این نوع محصولات توسط شرکت های معتبر بسیاری به بازار عرضه می شوند؛ که هر کدام از این شرکت‌ها، قیمت مشخصی را برای فنرها تعیین می‌کنند. از این رو لازم است پیش از خرید این محصولات، حتما به این مسئله توجه داشت و به دنبال عواملی بود که بر روی قیمت فولاد فنر تاثیرگذار هستند.

عوامل موثر بر روی قیمت فولاد فنر

از جمله مهمترین ویژگی‌ای که منجر می‌شود تا در قیمت فنرهای فولادی تغییر ایجاد شود، باید به خاصیت کشسانی و قابلیت بازگشت به حالت اولیه بعد از برداشتن نیرو و فشار وارده بر روی فنر اشاره کرد. این ویژگی تعیین می‌کند که تا چه میزان فنر از خاصیت کشسانی مناسبی برخوردار بوده و سطح کیفیت آن چقدر است. پس در زمان خرید هر نوع فولاد فنر یا ورق فنر، باید ابتدا خاصیت کشسانی آن را مورد بررسی قرار داد.

سایر دسته های محصولات ورق فنری

از دیگر نمونه ورق‌های فنری باید به موارد زیر اشاره کنیم، که هر کدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی هستند. از جمله:

• ورق فنری استیل

1. مقاومت بالا به دلیل استفاده از کروم و نیکل در ساخت آن.
2. تولید با دقت بالا در بازه تغییرات ضخامت بسیار کم.
3. دارای تلرانس بسیار کم در ضخامت ساخت.

• ورق فنری خام

1. دارای خاصیت ارتجاعی بالا به دلیل داشتن عنصر سیلیسیوم.
2. عدم مقاومت خیلی زیاد ورق‌های فنری خام نسبت به دیگر نمونه ورق‌ها.
3. احتمال خم شدن ورق در اثر فشار متوسط.

• تسمه فنری فولادی

1. تنش تسلیم بسیار بالا.
2. خاصیت الاستیک و کشسانی بالا.
3. عدم افزایش طول دائمی در اثر تنش‌های بالا.
4. دارای خواص مطلوب پس از عملیات حرارتی سخت‌کاری.

• میلگرد فنر

1. تنش بسیار بالا که منجر به ایجاد حالت کشسانی و الاستیک در فنر شده است.
2. دارای عناصر اصلی آلیاژی همچون سیلیسیم، منگنز، کروم، وانادیم و مولیبدن.

• مفتول فنر

1. نمونه ای از فولاد پرکربن، که برای ساخت فنرهای کششی، فشاری، تخت و … مناسب است.
2. دارای مقاومت بسیار بالا بوده و مناسب برای تولید تیغه های برش است.
3. دارای سختی و دوام بالا نسبت به دیگر نمونه فولادهای غیر آلیاژی، که همگی در قیمت مفتول فنر تاثیرگذار هستند.

راهنمای خرید فنرهای فولادی

با تمام توضیحاتی که بیان نمودیم، دریافتیم که فولاد فنر از نمونه محصولات پرکاربرد در صنایع مختلف به شمار می‌رود و دارای انواع بسیار متنوعی است. این محصولات در برابر نیروی تنشی مقاومت بسیار بالایی دارند و پس از هر بار فشار، به حالت اولیه خود باز می‌گردند. از این نوع محصولات می‌توان در سیستم‌های مکانیکی و دیگر صنایع به راحتی و بسته به کاربردی که دارند، استفاده کرد. تنها باید اقدام به خرید فنرهای فولادی از مراکز معتبر مانند میهن فولاد نمود که بتوان به محصولی با کیفیت بالا دست یافت.