Kako legirajući elementi utječu na dekarbonizaciju proljetnog čelika?

Proljeće čelika je poseban legirani čelik za proizvodnju različitih opruga i drugih elastičnih elemenata.To se može podijeliti na obične legure čelika proljeće i posebne legure čelika proljeće u skladu sa svojim zahtjevima izvedbe i radnih uvjeta. Proljetni čelik pruža izvrsne sveobuhvatne performanse, izvrsnu metaluršku kvalitetu (visoka čistoća i ujednačenost), dobru kvalitetu površine (stroga kontrola površinskih defekata i dekarbonizacija), točan oblik i veličinu. Spiralna opruga od čelične šipke s promjerom većim 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 ponovnom stresu. Maksimalni napon pojavljuje se 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 početna točka frakture spiralne opruge na površini unutarnje strane promjera opruge.  

Prilikom izrade spiralne opruge, čelična šipka s velikim promjerom prerađuje se u spiralno oprugu, a zatim se grije izravno kako bi opruga imala potrebnu čvrstoću. Budući da se spiralna opruga koristi u stanju dekarburacije s ostatkom toplinske obrade na površini, dekarburiranje smanjuje površinsku tvrdoću opruge i tako dovodi do smanjenja čvrstoće na zamor. Za spiralne opruge, gašenje i dekarburiranje je vrlo važan problem. Kako kontrolirati dekarbonizaciju? Trenutno je najučinkovitija mjera dodavanje elemenata za legiranje. Općenito, dodaju se Sb i Sn da inhibiraju gašenje i dekarbonizaciju.

Dodane su dvije šipke od proljetnog čelika istog kemijskog sastava, jedna sa Sb i Sn, a druga bez Sb i Sn. Površinska koncentracija C i dubina odcjepljenja čelika bez sbsn su oko 0,2% odnosno 0,3 mm, dok su površinska koncentracija ugljika i dubina razugljičavanja čelika sbsn dodani oko 0,45% odnosno 0,1 mm. 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 raste. Da bi se poboljšale karakteristike zamora spiralne opruge, potrebna je obrada spiralne opruge. Meñutim, granica razvlačenja sloja za razgrađivanje značajno se smanjila, tako da se zaostalo naprezanje proljeća u tretmanu peeninga značajno smanjilo. Sb-sn aditivnog čelika od površine do dubine od 0.2mm, maksimalni glavni smjer naprezanja zaostalog naprezanja je -600mpa ~ 800mpa, a vrijednost sbsn-free čelika je -300mpa ~ -400Mpa. Preostalo naprezanje od sb-sn čelika je oko 300 MPa više od opružnog čelika. Dodatak Sb-Sn inhibira dekarbonizaciju.

Važno je napomenuti da legirni elementi imaju velik utjecaj na učvršćivanje i druge glavne značajke proljetnih čelika, pa se sadržaj tih elemenata ne može lako promijeniti za opružne čelike. Elementi u tragovima mogu se dodati kako bi se spriječila druga svojstva proljetnog čelika, a elementi u tragovima također se mogu koristiti za kontrolu svojstava raznih drugih čelika kako bi se razvili čelici visokih performansi kako bi se zadovoljile potrebe korisnika.