Stal sprężynowa

Stal jest surowcem wykorzystywanym powszechnie w przemyśle. W zależności od zapotrzebowania oraz wykorzystania materiału w konkretnym celu, używany jest ściśle określony rodzaj stali. Jednym z typów stali mającym bardzo precyzyjne zastosowanie jest stal sprężynowa.  

Czym jest stal sprężynowa?

Stal sprężynowa to gatunek stali węglowej, w której zawartość węgla wynosi od 0,6 do 0,85%. Jest to stal niskostopowa zawierająca dodatki stopowe w postaci następujących pierwiastków: chrom, krzem, mangan oraz wanad. W tym gatunku stali krzem jest bardzo ważnym elementem, gdy dzięki obecności tego pierwiastka granica plastyczność stali znajduje się na odpowiednim poziomie dla tego wariantu surowca. Surowiec zyskuje wtedy takie cechy, jak wysoka granica sprężystości, czy duża wytrzymałość na zmęczenie.

Stale sprężynowe charakteryzuje także fakt, że przy odcięciu nacisku, element wykonany z tego typu stali, wraca do swojej formy. Materiał jest także odporny na relaksację naprężeń oraz posiada idealną granicę plastyczności. Ważnymi właściwościami stali sprężynowej jest także tłumienie oraz przejmowanie obciążeń uderzeniowych i udarowych oraz odporność na korozję. Stale sprężynowe stanowią zupełnie odrębną grupę wchodzącą w zakres stali konstrukcyjnych.

Rodzaje stali sprężynowej

Stale sprężynowe, w zależności od składu oraz cech dzieli się na następujące gatunki:

• Stal sprężynowa węglowa – gatunek stali konstrukcyjnej węglowej, niestopowej, o małej hartowności. Stal sprężynowa węglowa charakteryzuje się niewrażliwością na kruchość odpuszczania, wysoką twardością, wytrzymałością oraz odpornością na ścieranie. Typ ten hartowany jest w oleju oraz stosowany w produkcji sprężyn, resorów, elementów sprężynujących o mniejszym obciążeniu (sprężyny płaskie, sprężyny spiralne, elementy maszyn, piły do cięcia itp.). Surowiec tego gatunku używany jest także jako stal na płyty do pras, stal na piły do cięcia kamienia, czy stan na liny stalowe itp. Zawartość węgla oraz niewielka ilość dodatków stopowych sprawia, że stal sprężynująca jest nieodporna na korozję oraz nie nadaje się do spawania. Obróbka cieplna stali sprężynowej może powodować jej utlenianie oraz odwęglanie.

• Stale sprężynowe niechromowe – są to stale krzemowe, stale manganowe oraz stale krzemowo-manganowe. Zastosowanie krzemu w stopie podnosi właściwości sprężyste stali, natomiast na właściwości plastyczne wpływa obniżenie ilości węgla. Stal niechromowa sprężynowa wykazuje lepszą hartowność od węglowych stali resorowych, a przy podwyższonej temperaturze odpuszczania surowiec odwęgla się oraz może także ulegać grafityzacji. Stale sprężynowe niechromowe cechuje wysoka wytrzymałość, odporność na relaksację naprężeń, udarność oraz plastyczność. Ten gatunek stali wykorzystywany jest w produkcji wyrobów hutniczych (blachy zimnowalcowane i gorącowalcowane, pręty płaskie, okrągłe, kwadratowe, czy odkuwki itp.).

• Stale sprężynowe chromowe- grupa stali chromowych z dodatkami krzemu, manganu czy wanadu. Stale te charakteryzuje bardzo dobra odporność na wysokie temperatury, a ich hartowność posiada idealne wskaźniki, co pozwala na użycie surowca w produkcji elementów sprężynujących o dużych przekrojach. Skład stali chromowych sprężynowych wyposaża ten surowiec w cenne właściwości, jak na przykład najwyższe wartości sprężystości oraz plastyczności osiągane nawet w dużych przekrojach. Dzięki małej zawartości wtrąceń niemetalicznych sprężynowa stal chromowa wykazuje doskonałą wytrzymałość na zmęczenie. Gatunki stali chromowych sprężynowych zawierających krzem, mangan i wanad wykorzystywane są do produkcji prętów, odkuwek oraz blach.

Oznaczenia stali sprężynowej

Stale sprężynowe występują w trzech głównych rodzajach, to jest: stale węglowe, stale bez dodatku chromu (niechromowe) oraz stale chromowe. Oznaczenia stali sprężynowej warunkowane są przez normę PN-74/H-84032, zgodnie z której zapisami wyróżnia się szereg oznaczeń, gdzie na pierwszym miejscu występuje liczba odnosząca się do średniej zawartości węgla (setne części procenta).

Kolejno w markowaniu znajduje się litera (jedna lub więcej) wskazująca na składnik stopowy (w przypadku wystąpienia kolejnej liczby po literze, liczba ta odnosi się do procentowej ilości danego pierwiastka, natomiast brak liczby jest równoznaczny z zawartością pierwiastka poniżej 2%). W stalach sprężynowych występują następujące pierwiastki: chrom (symbol H), Krzem (symbol S), Mangan (symbol G), Wanad (symbol F). Zdarza się, że na końcu dodana zostaje liczba A oznaczająca wyższą jakość stali (mniejsze występowanie siarki oraz fosforu w stopie).

Stal węglowa sprężynowa posiada symbole numeryczne 65, 75 oraz 85 (stale konstrukcyjne wysokiej jakości). W grupie stali niechromowych wyróżnia się stale niskostopowe manganowe (oznaczenie 65G), stale niskostopowe krzemowe (oznaczenia: 50S, 45S, 40S2, 50S2, 55S2, 60S2, 60S2A) oraz stale niskostopowe manganowo-krzemowe (oznaczenie 60SG). Natomiast stale niechromowe dzieli się na: stale niskostopowe manganowo-krzemowe-chromowe (oznaczenie 60SGH), stale niskostopowe chromowo-manganowo (oznaczenie 50HG), stale niskostopowe chromowo-krzemowe (oznaczenie 50HS) oraz stale niskostopowe chromowo-wanadowe (oznaczenie 50HF). <b/p>

Stal sprężynowa – zastosowania

Stale sprężynowe posiadają specyficzne właściwości, co umożliwia ich specjalistyczne zastosowanie. Ważne, by konkretny surowiec spełniał odpowiednie i podstawowe kryteria. Pod uwagę brane są granice obciążeniowe, granice plastyczności oraz hartowność stali. Do konkretnego użycia należy także przeanalizować kierunki naprężeń, sposoby odkształcania się stali oraz warunki pracy, w jakich będzie miała zastosowanie dana grupa stali.

Stale sprężynowe wykorzystywane są w produkcji sprężyn, resorów oraz podkładek sprężynujących. Ich właściwości plastyczne umożliwiają dowolne formowanie stali do wymaganych kształtów danego komponentu. Materiał ten wykazuje doskonałe cechy sprężyste. Bardzo cenną parametrem jest odporność na kruche pękanie, co oznacza, że w momencie przeciążenia nie następuje pękniecie stali, tylko jej deformacja. Gotowe elementy odporne są także na odkształcenia oraz zmęczenie.

Stale sprężynowe posiadają również długi czas eksploatacji, który może być wydłużany dzięki odpowiedniej obróbce oraz wykończeniu elementu sprężynującego (gładka powierzchnia, bez rys, nierówności czy karbów). Gatunki te odporne są także na korozję, dlatego też stal sprężynowa nierdzewna wykorzystywana jest w wielu gałęziach przemysłu.