Kako elementi legiranja utiču na dekarbonizaciju prolećnog čelika?

Proljetni čelik je poseban legirani čelik za proizvodnju raznih opruga i drugih elastičnih elemenata. Može se podijeliti na obični legirani čelik i specijalni legirani čelik u skladu s njegovim zahtjevima i uvjetima rada. Opružni čelik pruža odlične sveobuhvatne performanse, odličan metalurški kvalitet (visoka čistoća i ujednačenost), dobar kvalitet površine (stroga kontrola površinskih defekata i dekarbonizacija), precizan oblik i veličina. Vijčana opruga od čelične šipke prečnika većeg od 20 mm široko se koristi u željezničkim vozilima, industrijskim strojevima i građevinskim strojevima.

Ponovljena kompresija i istezanje spiralne opruge podvrgli su šipku savijanju i obnavljanju naprezanja. Maksimalno naprezanje se pojavljuje na površini šipke, tako da stanje površine spiralne opružne poluge ima veliki utjecaj na čvrstoću opruge. Pojava loma spiralne opruge nakon ispitivanja na zamor pokazuje da je polazna tačka pukotine spiralne opruge na površini strane unutrašnjeg promjera opruge.  

Prilikom izrade spiralne opruge, čelična šipka sa velikim promjerom se prerađuje u spiralno oprugu, a zatim se grije izravno kako bi opruga imala potrebnu čvrstoću. Budući da se spiralna opruga koristi u stanju dekarburiranja sa zaostalom toplinskom obradom na površini, dekarburiranje smanjuje površinsku tvrdoću opruge i tako dovodi do smanjenja čvrstoće na zamor. Za spiralne opruge, gašenje i dekarburizacija je veoma važan problem. Kako kontrolisati dekarbonizaciju? Trenutno je najefikasnija mjera dodavanje elemenata za legiranje. Generalno, Sb i Sn se dodaju da inhibiraju gašenje i dekarbonizaciju.

Dve šipke od prolećnog čelika istog hemijskog sastava, jedna sa Sb i Sn, dodaju se drugi bez Sb i Sn. Površinska koncentracija C i dubina dekarburiranja čelika bez sbsn su oko 0.2% odnosno 0.3mm, dok su koncentracija površinskog ugljika i dubina dekarburizacije čelika sbsn dodani oko 0.45% i 0.1mm. Potvrđena je uloga Sb i Sn u inhibiranju dekarbonizacije, jer je dodavanje SbSn smanjilo koeficijent difuzije C i inhibiralo dekarbonizaciju.

Rezidualno naprezanje čelika sa Sb i Sn povećava se. Da bi se poboljšale karakteristike zamora spiralne opruge, potrebna je obrada spiralne opruge. Međutim, granica razvlačenja sloja dekarburiranog sloja se značajno smanjila, tako da se rezidualni napon proljeća u tretmanu peeninga značajno smanjio. Sb-sn aditivnog čelika od površine do dubine od 0.2mm, maksimalni glavni smjer naprezanja kompresivnog zaostalog naprezanja je -600mpa ~ -800mpa, a vrijednost sbsn-free čelika je -300mpa ~ -400Mpa. Preostalo naprezanje od sb-sn čelika je oko 300MPa veće od opružnog čelika. Dodatak Sb-Sn inhibira dekarbonizaciju.

Važno je napomenuti da legirni elementi imaju veliki uticaj na učvršćivanje i druge glavne karakteristike proljetnih čelika, tako da se sadržaj ovih elemenata ne može lako mijenjati za opružne čelike. Elementi u tragovima mogu se dodati radi suzbijanja drugih svojstava proljetnog čelika, a elementi u tragovima mogu se koristiti i za kontrolu svojstava raznih drugih čelika kako bi se razvili čelici visokih performansi kako bi se zadovoljile potrebe korisnika.