فنر ، فولاد فنر،جداول ترکیبات و خواص مکانیکی فولاد فنر

فنر
اگر در یک سیستم مکانیکی، به خاصیت خمش‌پذیری یا انعطاف‌پذیری نیاز باشد، از انوع فنرها استفاده می‌شود زیرا تغییر شکل الاستیکی یک جسم مهندسی معمولاً با اشکال همراه خواهد بود. از فنرها برای اعمال نیروها و گشتاورها و یا برای جذب انرژی بارهای ضربه‌ای و ناگهانی در یک مکانیسم استفاده می‌شود. فنرها اغلب تحت تنش‌های زیاد و بارهای متغیر کار می‌کنند.

فولاد فنر
فولادهایی هستند که به‌دلیل خاصیت ارتجاعی ناشی از اثر سرد کردن در روغن یا آب و بعد برگشت دادن، برای ساخت هرگونه قطعه فنری مناسب هستند. این خاصیت ارتجاعی ناشی از تغییر شکل‌پذیری الاستیک است که آن را قادر می‌سازد تا حدی مشخص و موردنظر، تحت بار قرار بگیرد بدون اینکه تغییرشکل دائمی

بعد از حذف بار در آنها ایجاد شده باشد. اغلب خواص ایجاد شده در فنرها از اضافه کردن عناصر آلیاژی نظیر سیلیکون، منگنز، مولیبدن و وانادیم به مذاب حاوی کربن و عملیات حرارتی یعنی سخت کردن توسط سرد کردن در آب یا روغن و سپس برگشت دادن بلافاصله پس از آن، به‌دست می‌آید.

عوامل مؤثر در انتخاب فولاد فنر
هر فولاد فنری، باید با توجه به شرایط عملکردی و باری که به آن اعمال می‌شود، انتخاب شود. مهمترین عوامل مؤثر در انتخاب یک فولاد فنر عبارتند از:

خواص فولاد فنر
خواص فولاد فنر ممکن است قبل و بعد از تولید، کمی با یکدیگر تفاوت داشته باشند. درعین‌حال، چهار خصوصیت لازم برای ساختن فنر عبارتند از:
1 . شکل‌پذیری خوب
2 . عاری بودن از نقایص و عیوب
3 . هزینه پایین
4 . قابلیت دسترسی
اما بعد از ساخت فنر، خواص مورد انتظار عبارتند از:
1 . استحکام مکانیکی بالا بویژه حد الاستیک
2 . مقاومت بالا در مقابل خستگی
3 . مدول الاستیک مناسب
4 . مقاومت بالا در مقابل خوردگی

دسته‌بندی فولاد فنر
فولادهای فنر از لحاظ ترکیب شیمیایی به 2 گروه اصلی تقسیم می‌شوند که عبارتند از:
1 . فولادهای کربنی
به آن دسته از فولادها گفته می‌شود که کربن، اصلی‌ترین عنصر آلیاژی آن باشد و عناصری نظیر منگنز، سیلیسیم و آلومینیم در آن حضور داشته باشند.

2 . فولادهای آلیاژی
به فولادهایی گفته می‌شود که درصد عناصر آلیاژی در ترکیب آنها، قابل‌توجه بوده و نقش اصلی در تعیین خواص مکانیکی را، اهمیت عناصر آلیاژی ایفا می‌کنند.
با توجه به تعاریف بالا، فولادهای فنر در 9 گرید دسته‌بندی می‌شوند که در جدول 1، گرید و نوع فولادها شرح داده شده است.
مهمترین این فولادها در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 1: نوع و گرید فولاد

جدول 2: محدوده ترکیب شیمیایی مجاز در ریخته‌گری برحسب درصد وزنی

عناصر شیمیایی موجود در فولادها و تأثیر آنها بر خواص مکانیکی
عمده‌ترین عناصر شیمیایی موجود در فولادهای فنر، عبارتند از آهن، کربن، منگنز، سیلیکون، گوگرد، کُرم و وانادیم.در جدول 3، تأثیر هر کدام بر روی خواص مکانیکی آورده شده است.

جدول 3: تأثیر هر یک از عناصر شیمیایی بر خواص مکانیکی فنرها

جدول4: دامنه کاربرد و رنج پیشنهادی ابعاد برخی فولادها

شکل و ابعاد فولاد فنر
فولادهای فنر از نظر شکل محصولات تولیدی، به دو صورت گرد (میلگرد یا مفتول) و تسمه با ابعاد استاندارد تولید و مصرف می‌شوند. تسمه‌ها از لحاظ سطح مقطع به 3 دسته تقسیم می‌شوند که در شکل 1 نشان داده شده است. طراح با توجه به شرایط طراحی، نصب و نوع فنر، سطح مقطع موردنظر را انتخاب می‌کند.
سطح مقطع نوع2 (ب) بیشترین کاربرد را در بین سایر مقاطع دارد. اگر در نقشه به سطح مقطع خاصی اشاره نشده باشد، منظور همین سطح مقطع است.
در بازویی فنرهای بادی، فقط از نوع 2 و 3 استفاده می‌شود.