Типы материалов пружин (свойства, марки, применение) и лучший выбор для вашего проекта

2024.11.15

Пружины являются важными механическими компонентами, используемыми в самых разных областях применения: от повседневных устройств до критически важного промышленного оборудования. Материалы, используемые для изготовления пружин, играют важную роль в определении их производительности, долговечности, стоимости и устойчивости к факторам окружающей среды. Выбор материалов пружин зависит от предполагаемого применения, условий окружающей среды и требуемых механических свойств. Ниже приведен подробный обзор материалов, используемых для пружин, материалов, используемых для пружин, которые включают не только металлическую проволоку, но и резину, пластик и даже пружины на основе жидкости, которые используют газ или масло. Мы рассмотрим сорта, состав, свойства и общие области применения для каждого типа материала пружин и обсудим важные соображения по выбору подходящего материала.

Типы материалов пружин: состав, свойства, сорта и применение


1. Материалы металлических пружин

Металлические пружины являются наиболее распространенным типом, известным своей прочностью и долговечностью. Обычно они изготавливаются из стальной проволоки, например, твердой стали или рояльной проволоки, но нержавеющая сталь и другие сплавы также широко используются. В следующих разделах подробно описаны основные типы металлических материалов, используемых в пружинах.

1.1 Музыкальный провод (SWP-A, SWP-B, SWP-V)

Проволока рояльная — это высококачественная стальная проволока, которая обычно используется в точных приложениях, где требуется высокая надежность. Она подвергается холодной вытяжке и термической обработке для достижения своих свойств. Проволока рояльная широко используется в автомобильной промышленности для таких компонентов, как пружины клапанов и тормозные пружины.

Состав материала пружины рояльной проволоки, прочность, свойства, применение

КлассСоставПредел прочности на разрыв (Н / мм²)Свойства ключаОбщие случаи использования
SWP-A (фортепианная струна)C: 0.80–0.85%, Si: 0.12–0.32%, Mn: 0.30–0.60%, P: ≤0.025%, S: ≤0.025%, Cu: ≤0.20%2890–3190 (0.08 мм)
2060–2260 (1.0 мм)
1420–1570 (10.0 мм)
– Высокое допустимое напряжение
– Отличная усталостная прочность
– Подходит для приложений с повторяющейся нагрузкой
– Пружины сцепления
– Тормозные пружины
– Точные приборы
– Высококачественные механические пружины
SWP-B (фортепианная струна)C: 0.80–0.85%, Si: 0.12–0.32%, Mn: 0.30–0.60%, P: ≤0.025%, S: ≤0.025%, Cu: ≤0.20%3190–3480 (0.08 мм)
2260–2450 (1.0 мм)
– (10.0 мм)
– Более высокая прочность на разрыв, чем у SWP-A
– Хорошая устойчивость к провисанию
– Немного меньшая пластичность, чем у SWP-A
– Пружины, требующие высокой прочности на растяжение – Автомобильные компоненты – Прочные пружинные приложения
SWP-V (фортепианная струна)C: 0.80–0.85%, Si: 0.12–0.32%, Mn: 0.30–0.60%, P: ≤0.025%, S: ≤0.025%, Cu: ≤0.20%Не определен– Оптимизирован для очень высокой усталостной долговечности
– Используется для высокоцикловых применений
– Клапанные пружины в двигателях
– Пружины для многоцикловых и высоконадежных применений (например, автомобильная, сельскохозяйственная техника)
В этой таблице показаны состав, свойства и области применения каждого типа пружинного материала для рояльной проволоки (SWP-A, SWP-B, SWP-V).

1.2 Твердая стальная проволока (SW-A, SW-B, SW-C)

Проволока из твердой стали — универсальный материал, используемый в широком спектре повседневных изделий. Она более экономична по сравнению с рояльной проволокой и часто используется в менее требовательных приложениях. Проволока из твердой стали подвергается термической обработке и холодному волочению для достижения своих конечных свойств.

Состав материала пружинной твердой стальной проволоки, прочность, свойства, применение

КлассСоставПредел прочности на разрыв (Н / мм²)Свойства ключаОбщие случаи использования
SW-A (твердая стальная проволока)C: 0.79–0.86%, Si: 0.15–0.35%, Mn: 0.30–0.60%, P: ≤0.030%, S: ≤0.030%2450–2790 (0.08 мм)
1720–1960 (1.0 мм)
1130–1320 (10.0 мм)
– Провод общего назначения
– Более низкая прочность по сравнению с SW-B и SW-
- Экономически эффективным
– Проволочная сетка
- Заборы
– Каркасы сидений
– Основные структурные компоненты
SW-B (твердая стальная проволока)C: 0.79–0.86%, Si: 0.15–0.35%, Mn: 0.30–0.60%, P: ≤0.030%, S: ≤0.030%2790–3140 (0.08 мм)
1960–2210 (1.0 мм)
1320–1520 (10.0 мм)
– Более высокая прочность на разрыв, чем у SW-A
– Хороший баланс прочности и пластичности
– Широко используется для пружин
– Пружины предохранительных штифтов
– Пружины переключателя
– Весовые пружины
– Пружины для стульев и кроватей
SW-C (твердая стальная проволока)C: 0.79–0.86%, Si: 0.15–0.35%, Mn: 0.30–0.60%, P: ≤0.030%, S: ≤0.030%3140–3480 (0.08 мм)
2210–2500 (1.0 мм)
1320–1520 (10.0 мм)
– Самая высокая прочность на разрыв среди твердых марок стали
– Отлично подходит для высоконагруженных приложений
– Более низкая пластичность
– Пружины для игрушек
– Пружины затвора
– Пружины кровати
– Высокопрочные механические пружины
Ниже представлена ​​таблица, в которой сравниваются состав, свойства и области применения каждого типа твердой стальной проволоки (SW-A, SW-B, SW-C).

1.3 Проволока из нержавеющей стали (SUS304, SUS316, SUS631)

Нержавеющая сталь широко используется в пружинах, где требуется коррозионная стойкость и долговечность при высоких температурах. Существует три основных типа нержавеющей стали, обычно используемых в производстве пружин:

Состав материала пружинной нержавеющей проволоки, прочность, свойства, применение

КлассСоставСвойства ключаОбщие случаи использованияТемпературное сопротивление
SUS304-WPBC: ≤0.08%, Si: ≤1.00%, Mn: ≤2.00%, Ni: 8.00–10.50%, Cr: 18.00–20.00%, Mo: -– Наиболее часто используемая нержавеющая сталь для пружин
– Отличная коррозионная стойкость
– Хорошие механические свойства
– Бытовая техника
– Пружины в оборудовании для пищевой промышленности
– Автомобильные компоненты
До 290 ° C
SUS316-WPAC: ≤0.08%, Si: ≤1.00%, Mn: ≤2.00%, Ni: 10.00–14.00%, Cr: 16.00–18.00%, Mo: 2.00–3.00%– Превосходная коррозионная стойкость по сравнению с SUS304
– Хорошая устойчивость в хлоридной среде
– Немагнитный
– Морское оборудование
– Химическое перерабатывающее оборудование
- Медицинское оборудование
До 290 ° C
SUS631J1-WPCC: ≤0.09%, Si: ≤1.00%, Mn: ≤1.00%, Ni: 7.00–8.50%, Cr: 16.00–18.00%, Mo: -– Дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь
– Отличная прочность и термостойкость
– Высокая усталостная прочность
– Высокотемпературные применения
- Компоненты двигателя
– Высокострессовая среда
До 350 ° C
В этой таблице представлено краткое сравнение различных марок нержавеющей стали, используемых для изготовления пружин, включая их состав, основные свойства, типичные области применения и термостойкость.

1.4 Проволока, закаленная в масле

Закаленная в масле проволока — это высокопрочный материал, часто используемый для больших пружин или приложений, требующих превосходной усталостной прочности. Материал обрабатывается закалкой в ​​масле и отпуском, что придает ему высокий предел текучести и эластичность. Закаленная в масле проволока обычно используется в пружинах подвески и промышленном оборудовании. Вот основные типы закаленной в масле проволоки, используемые для изготовления пружин:

Приложения: Сверхпрочные пружины в автомобильных подвесках, промышленном оборудовании и клапанных пружинах.

Состав материала пружинной закаленной в масле проволоки, прочность, свойства, применение

КлассСоставСвойства ключаОбщие случаи использованияТемпературное сопротивление
Проволока из углеродистой стали, закаленная в маслеC: 0.50–0.85%, Si: 0.15–0.35%, Mn: 0.60–1.00%– Высокий предел текучести
– Хорошая эластичность
- Экономически эффективным
– Устойчив к усталости
– Автомобильные пружины подвески
– Пружины для промышленного оборудования
– Пружины общего назначения повышенной прочности
До 160 ° C
Проволока кремний-хромовая (SiCr) закаленная в масле (SWOSC-B)C: 0.50–0.70%, Si: 1.20–2.00%, Cr: 0.50–1.50%– Превосходная устойчивость к усталости
– Отличная термостойкость
– Прочнее, чем проволока из углеродистой стали
– Пружины клапанов
– Прочные пружины
– Высокотемпературные применения
До 300 ° C
Проволока хром-ванадиевая (CrV), закаленная в маслеC: 0.50–0.65%, Si: 0.15–0.35%, Mn: 0.60–1.00%, Cr: 0.80–1.10%, V: 0.05–0.15%– Высокая прочность на растяжение
– Хорошая устойчивость к высоким нагрузкам и температурам
- Отличная долговечность
– Пружины клапанов
– Высокоэффективные пружины подвески
– Прецизионные механические пружины
До 300 ° C
Проволока из кремнемарганцевой стали (SiMn), закаленная в маслеC: 0.50–0.80%, Si: 1.20–1.80%, Mn: 0.50–1.20%– Повышенная эластичность
– Хорошая усталостная прочность
– Подходит для динамических нагрузок
– Автомобильные пружины подвески
– Промышленное применение
– Высоконагруженные механические компоненты
До 250 ° C
В этой таблице обобщены состав, свойства и типичные области применения закаленных в масле сортов проволоки с упором на их применение в тяжелых условиях и условиях высоких напряжений.

1.5 Медная и медно-сплавная проволока

Медь и ее сплавы, такие как латунь, фосфористая бронза и бериллиевая медь, используются в приложениях, требующих высокой проводимости, коррозионной стойкости и немагнитных свойств. Эти материалы дороже стали, но предлагают уникальные преимущества в специализированных приложениях.

Состав материала пружинной медной проволоки, прочность, свойства, применение

Тип материалаСоставСвойства ключаОбщие случаи использованияУстойчивость к коррозии
Латунный проводCu: 60–70%, Zn: 30–40%- Высокая электропроводность
– Хорошая коррозионная стойкость
– Немагнитный
– Электрические контакты
– Пружины в электронных разъемах
– Декоративные пружины
Умеренная
Фосфорная бронзовая проволокаCu: 85–90%, Sn: 5–10%, P: ≤0.35%– Отличная усталостная прочность
– Высокая прочность и коррозионная стойкость
– Немагнитный
– Электрические разъемы
– Пружины в электронных устройствах
– Точные приборы
Высокий
Бериллиевая медная проволокаCu: 96–98%, Be: 0.5–2.0%, Co: ≤0.25%– Превосходная прочность и проводимость
– Отличная усталостная прочность
– Немагнитный
– Высокопроизводительные пружины
– Электрические контакты
– Пружины в аэрокосмической и военной промышленности
Очень высоко
Никелево-серебряная проволокаCu: 55–65%, Ni: 10–20%, Zn: 15–30%– Хорошая коррозионная стойкость
– Немагнитный
– Привлекательный внешний вид
– Пружины в музыкальных инструментах
– Декоративные пружины
– Электрические разъемы
Высокий
В этой таблице представлено наглядное сравнение различных типов медной и медной проволоки, а также указаны их состав, свойства и типичные области применения в различных отраслях промышленности.

2. Пластиковые пружинные материалы

Пластиковые пружины, в основном используемые для гашения вибрации, обладают явными преимуществами по сравнению с металлическими пружинами. Их гибкость позволяет им эффективно поглощать удары и вибрации, что делает их идеальными для снижения шума и повышения комфорта в различных приложениях.

Преимущества резиновых пружин:

Однако резиновые пружины подвержены разрушению под воздействием тепла, масла и озона, и выбор материала имеет решающее значение для предотвращения этих проблем.

Состав материала пластиковой пружины, прочность, свойства, применение

Тип резиныАббревиатураПроектыДиапазон температур (° C)
Натуральная резинаNRОтличная эластичность, хорошие низкотемпературные характеристики-30 в 60
Неопрен (полихлоропрен)CRХорошая устойчивость к атмосферным воздействиям, умеренная устойчивость к маслам-20 в 80
Нитриловая резинаNBRОтличная маслостойкость, хорошая термостойкость-10 в 80
РезинкаQОтличная устойчивость к жаре и холоду-40 в 130

3. Материалы для жидких пружин

Жидкостные пружины используют газы или жидкости для обеспечения пружиноподобных свойств. Они имеют регулируемую прочность посредством контроля давления и предотвращают повреждения, сбрасывая избыточное давление при перегрузке. Эти пружины обычно используются в приложениях, требующих переменного демпфирования, таких как автомобильные подвески, промышленное оборудование и строительные амортизаторы. 

Как работают гидравлические пружины:

Жидкостные пружины состоят из герметичного контейнера, заполненного газом или маслом. При приложении давления жидкость сжимается, создавая сопротивление, основанное на принципе Паскаля. Силу пружины можно регулировать, контролируя давление внутри контейнера.

Состав материала пружины жидкости, прочность, свойства, применение

ТипСоставСвойства ключаОбщие случаи использованиярегулируемость
Газовые пружиныГазонаполненный (обычно азот)– Регулируемая сила пружины с помощью давления газа
– Высокая оперативность
– Хорошие демпфирующие характеристики
– Автомобильные подвески
– Регулировка высоты офисного кресла
– Промышленное оборудование
– Строительство амортизаторов
Легко регулируется с помощью давления газа
Гидравлические пружиныЗаполненные маслом или другой жидкостью– Плавное и точное управление движением
– Высокая несущая способность
– Отличные демпфирующие свойства
– Автомобильные амортизаторы
– Тяжелая техника
– Гидравлические прессы
- Строительное оборудование
Регулируется посредством давления жидкости
Гидропневматические пружиныКомбинация газа (азота) и нефти– Сочетает в себе преимущества газовых и гидравлических пружин
– Превосходный контроль нагрузки
- Высокая долговечность
– Высококачественные автомобильные подвески
– Тяжелое промышленное оборудование
– Системы сейсмоизоляции зданий
Высокая регулируемость с помощью газа и жидкости
В этой таблице обобщены материалы для изготовления пружин, их состав, свойства и области применения.

Лучшие пружинные материалы: оптимальный выбор для вашего проекта


При выборе лучший материал пружинынеобходимо учитывать ряд факторов, включая грузоподъемность, устойчивость к воздействию окружающей среды, усталостную прочность и стоимость.

Различия между типами пружинных материалов

Ниже приведена сравнительная таблица различных типов пружинных материалов, охватывающая основные характеристики, такие как тип материала, состав, области применения, свойства и стоимость.

Тип материалаСимволСоставОбщие случаи использованияСвойства ключаСтоимость (относительная)
Музыкальный проводСВП-А, СВП-Б, СВП-ВВысокая углеродистая стальАвтомобильные пружины клапанов, пружины сцепления, тормозные пружиныВысокая прочность на растяжение, сопротивление усталости, подходит для высоконадежных примененийУмеренная
Проволока из твердой сталиЮЗ-А, ЮЗ-Б, ЮЗ-ЦСредне- и высокоуглеродистая стальПружины общего назначения, штифты, переключатели, игрушкиПрочный, экономичный, широко используется для общих целейНизкий
Проволока из нержавеющей сталиSUS302, SUS304, SUS316, SUS631Сплавы хромоникелевой стали (с молибденом или без него)Коррозионностойкие пружины, электроприборы, медицинское оборудованиеОтличная коррозионная стойкость и термостойкость, немагнитность (SUS316), высокая прочность (SUS631)Высокий
Проволока, закаленная в маслеSWOSC-B, SWOSC-VСплав кремния и хрома, хромованадиевая стальБольшие спиральные пружины, клапанные пружины, термостойкие пружиныВысокая термостойкость, усталостная прочность, высокий предел текучести, используется для больших или высоконапряженных пружин.Умеренная
Пружинная сталь (горячедеформированная)SUP6, SUP9, SUP10Высокая углеродистая стальБольшие спиральные пружины, листовые рессоры, торсионыТребует термообработки после формования для прочности, используется для пружин большого диаметра.Высокий
Латунный проводМедно-цинковый сплавНемагнитные пружины, электрические проводникиВысокая проводимость, коррозионная стойкость, немагнитностьВысокий
Фосфорная бронзовая проволокаСплав медь-олово-фосфорКоррозионностойкие пружины, электрические компонентыХороший баланс прочности и проводимости, коррозионная стойкостьВысокий
Бериллиевая медная проволокаМедно-бериллиевый сплавВысокоэффективные немагнитные пружины, электрические компонентыОтличная прочность и проводимость, немагнитность, высокая усталостная прочностьОчень высоко
Никелево-серебряная проволокаСплав медь-никель-цинкНемагнитные пружины, электрические компонентыВысокая электропроводность, коррозионная стойкость, немагнитностьВысокий
В этой таблице представлен общий обзор основных типов пружинных материалов, что поможет вам понять, как выбрать лучший материал для ваших конкретных нужд с учетом требований к производительности и бюджета.

Лучшие материалы для каждого типа пружины

Ниже мы приводим список лучших пружинных материалов для каждого типа пружин на основе общих областей применения, свойств материалов и требований к производительности:

Тип пружиныЛучшие материалыПричина/Свойстваобщие приложения
Пружины сжатияФортепианная струна (SWP-A, SWP-B)
Проволока из твердой стали (SW)
Нержавеющая сталь (SUS304)
– Высокая прочность на растяжение
– Отличная усталостная прочность
– Коррозионная стойкость (SUS304)
– Автомобильные компоненты
– Промышленное оборудование
– Электроника
Пружины растяжения (удлинения)Фортепианная струна (SWP-A)
Проволока из твердой стали (SW)
Фосфорная бронза
– Высокий предел упругости
– Хорошая усталостная прочность
– Коррозионная стойкость (фосфорная бронза)
- Дверные петли
– Автомобильная подвеска
– Электрические устройства
Торсионные пружиныПроволока кремний-хромовая, закаленная в масле (SWOSC-B)
Бериллиевая медь
Нержавеющая сталь (SUS631)
– Высокий предел текучести
– Отличная термостойкость (SWOSC-B, SUS631)
– Немагнитный (бериллиевая медь)
– Автомобильная подвеска
– Промышленное оборудование
– Аэрокосмическая промышленность
РессорыПружинная сталь (SUP6, SUP9)Кремний-марганцевая сталь- Высокая прочность
– Хорошая устойчивость к большим нагрузкам и циклическим нагрузкам
– Тяжелые транспортные средства (грузовики)
– Железные дороги
– Сельскохозяйственное оборудование
Клапанные пружиныПроволока кремний-хромовая, закаленная в масле (SWOSC-V)
Фортепианная струна (SWP-V)
– Превосходная устойчивость к усталости
– Высокая термостойкость
– Автомобильные двигатели
– Промышленная арматура
Немагнитные пружиныБериллиевая медь
Фосфорная бронза
Никель Серебро
– Высокая электропроводность – Немагнитный – Коррозионная стойкость- Медицинское оборудование
– Аэрокосмическая промышленность
– Электроника
Пружины термостойкиеНержавеющая сталь (SUS316, SUS631)Проволока кремний-хромовая, закаленная в масле– Отличная термостойкость
- Устойчивость к коррозии
– Высокотемпературное промышленное оборудование
– Автомобильные выхлопные системы
Коррозионностойкие пружиныНержавеющая сталь (SUS304, SUS316)
Фосфорная бронза
Бериллиевая медь
– Отличная коррозионная стойкость
– Немагнитные (фосфорная бронза, бериллиевая медь)
– Морское оборудование
– Химическая обработка
– Наружное применение
Проводящие пружиныБериллиевая медь
Латунь
Фосфорная бронза
- Высокая электропроводность
– Хорошая усталостная прочность
– Электрические разъемы
– Переключатели
– Реле
Большие винтовые пружиныПружинная сталь (SUP6, SUP9)
Кремний-марганцевая сталь
- Высокая прочность
– Отличная устойчивость при больших нагрузках
– Промышленное оборудование
– Детали для большегрузных автомобилей (подвеска, амортизаторы)
Прецизионные пружиныФортепианная струна (SWP-A)
Нержавеющая сталь (SUS304)
Фосфорная бронза
– Высокая усталостная прочность
– Коррозионная стойкость (SUS304, фосфорная бронза)
– Точные приборы
- Часы
– Измерительные приборы
Плоские пружиныНержавеющая сталь (SUS304))
Фосфорная бронза
Бериллиевая медь
– Хорошая коррозионная стойкость
– Высокая усталостная прочность
– Отличная проводимость (бериллиевая медь)
– Электрические контакты
– Переключатели
– Реле
В этой таблице представлен краткий обзор лучших материалов для различных типов пружин с учетом их уникальных требований и условий эксплуатации.

Какой тип пружинного материала подойдет для вашего проекта?

Ниже приведены некоторые рекомендации по выбору наиболее подходящего материала пружины в зависимости от требований области применения:

Каждый материал пружины предлагает уникальные преимущества в зависимости от конкретных требований применения. Лучший материал пружины — это тот, который обеспечивает оптимальный баланс между производительностью, долговечностью и стоимостью для вашего конкретного варианта использования.

Подпишитесь на нашу рассылку

Загрузка