كتب فولاذ النوابض
اذا لم تجد ما تبحث عنه يمكنك استخدام كلمات أكثر دقة.
فولاذ النوابض (معلومة)
فولاذ النوابض هو خليطة معدنية ذات إجهاد حد خضوع عالي جدا MPa) 1000- 1400) يصنع عادة من الفولاذ المقسى أو المقسى والمراجع لكن معظم النوابض تصنع من الفولاذ الملدن (المخمر) ومن ثم يتم تقسيتها ومراجعتها بعد عملية التشكيل. وهذا يسمح للعناصر المصنوعة من فولاذ النوابض أن تعود إلى شكلها الأصلي على الرغم من الفتل أو الانحناء الذي تتعرض له. و فولاذ النوابض حرفيا، هو الفولاذ المستخدم في صناعة النوابض يمتلك هذا النوع من الفولاذ 0.95%-0.4% كربون مع أو بدون وجود عناصر خلائطية أخرى وبالتالي هناك فولاذ كربوني وفولاذ خلائطي، غالبا ماتصنع المواد النابضية من الفولاذ الكربوني عالي الكربون أو الفولاذ الخلائطي أو الفولاذ المقاوم للصدأ(الستانلس ستيل)، خلائط النحاس وخلائط النيكل. الفولاذ النابضي الكربوني الأكثر استخداما هو ASTM A228 (0.8 0.95% C) حسب الترميز الأمريكي والمعروف باسم "music wire" أو "سلك الموسيقى" أما المكون الأساسي لمعظم خلائط فولاذ النوابض هو السيليكون مثال على ذلك فولاذ النوابض المستخدم في السيارات (AISI 9255 DIN، UNI 55Si7 AFNOR 55S7) يحتوي على 1.50%-1.80% سيليكون 0.70%-1.00% منغنيز 0.52%-0.60% كربون. إن معظم العناصر المصنوعة من فولاذ النوابض تقسى وتراجع حتى قساوة 45 على مقياس روكويل C. تمتلك هذه الأنواع من الفولاذ إجهاد خضوع مرتفع، كما يمكن درفلتها على البارد لتحسين حد المرونة بشكل أفضل، وهذا النوع من الفولاذ غير قابل للحام بسبب زيادة نسبة الكربون فيه. كما يمكن أن يصنع من مواد مثل المطاط واليوريتان نوابض اسطوانية غير ملفوفة. وتم تطوير بعض المواد السيراميكية لصنع نوابض تتحمل درجات الحرارة العالية جدا، كما يتم حاليا اختبار ألياف الزجاج ذات الاتجاه الواحد لإمكانية استخدامها في صناعة النوابض. التيتانيوم هو الأكثر كلفة ثم فولاذ كروم سليكون وكروم فاناديوم ثم سلك الموسيقى ثم الفولاذ المراجع بالزيت.
اختيار مواد النوابض
بشكل أساسي إن بيئة العمل للنابض تعتبر من أكثر الاعتبارات أهمية في اختيار مادة النابض الملائمة. من أجل الاختيار الناجح لمادة النابض يجب أن تكون هذه المادة ملائمة للبيئة المحيطة ومقاومة لتأثيرات الحرارة والتآكل دون حدوث انخفاض زائد في أداء النابض. إن التآكل ودرجات الحرارة المرتفعة تخفض من وثوقية النابض. وبالتالي يجب تحديد تأثير الحرارة على مواد النوابض.
على الرغم من أن هناك مواد محددة تم اعتبارها كمواد نابضية، إلا أنها ليست خلائط مصممة لهذا الغرض. المواد النابضية هي خلائط عالية المقاومة، والتي تبدي عادة أعلى مقاومة في نظام الخليطة. مثلا : في الفولاذ يمكن اعتبار الفولاذ متوسط وعالي الكربون كمواد نابضية، ويمكن أيضا بالنسبة للخلائط النحاسية اعتبار خليطة البيريليوم-نحاس كمواد نابضية، وبالنسبة للتيتانيوم يمكن استخدام الخليطة Ti-13V-11Cr-3A1 المشكلة على البارد والمزمنة. تمتلك المادة المعدة لتصنيع النوابض عادة مواصفات مقاومة عالية وحد مرونة مرتفع لأن النابض هو بنية مرنة مصممة لتحمل تشوهات كبيرة أي يجب أن تمتلك المواد النابضية مجال مرونة واسع. و يوجد عوامل أخرى مثل مقاومة التعب والتكلفة وتوفر المواد وقابلية التشكيل ومقاومة التآكل والخواص المغناطيسية والناقلية الكهربائية يمكن أن تكون هامة ويجب أن تؤخذ بعين الاعتبار في ضوء التكلفةالفائدة. و تتعرض النوابض دائما تقريبا لحمولات التعب وقد يكون عدد الهزات المطلوبة خلال حياة النابض قليلا لا يزيد عن بضعة آلاف من المرات كنوابض الأقفال لكن نابض صمام محرك السيارة يجب أن يعيش ملايين الهزات دون انهيار ولذلك يجب أن يصمم مثل هذه الصمامات لحياة لانهائية. و تتعرض أجزاء الآلات كالأعمدة مثلا إلى حمولة التعب على شكل إجهادات منعكسة تماما ولكن النوابض اللولبية لا تستخدم كنوابض انضغاط ونوابض شد في نفس الوقت بل أنها في الواقع تخضع لحمولة مسبقة عند تركيبها وتكون الحمولة العاملة إضافية وهكذا فإن الشكل يعبر عن ظروف تحميل النوابض الطبيعية ويكون أسوأ ظرف تتعرض له النوابض هو عندما لا تكون هناك حمولة مسبقة. يجب التأني بعملية اختيار المادة المناسبة للحصول على أفضل النتائج الممكنة كما أن خواص السطح لها تأثير كبير على مقاومة التعب وغالبا لا توضح هذه الناحية في المواصفات المحلية، إلا أنه من المهم استخدام مواد تتصف بخواص سطح ممتازة (خشونة منخفضة وسطح مستوي...) للتطبيقات الحاوية على إجهادات تعب. في الخلائط الفولاذية والتي تشكل فيها تكلفة المعالجة جزء كبير من الكلفة الإجمالية، يمكن أن تتراوح جودة السطح في مجال كبير نسبيا. يمكن أن يصل عمق العيوب السطحية إلى %3.5 من قطر السلك في الأنواع التجارية (ASTM A-227 & A-229). كما يمكن الحصول على عدة مستويات متوسطة للجودة، والمستويات العليا للجودة المتمثلة بنوابض الصمامات والنوابض الموسيقية يفترض أن لا تحتوي سطوحها على العيوب. تجدر الإشارة إلى أن لعملية الكربنة والنترجة والعمليات المماثلة تأثير سلبي على السطوح ومقاومة النابض للتعب، ومن ناحية أخرى فإن جودة سطح المادة يكون تابعا للعناية والحذر في عمليات الإنتاج والمعالجات اللاحقة وبالتالي فإن تكلفة المنتجات ذات السطوح الجيدة والمقاومة لحمولات التعب تكون أكبر من تكلفة المنتجات التجارية يوجد عدد محدود من الخلائط الصالحة للاستعمال لتصنيع النوابض. يجب أن تتمتع المادة النابضية المثالية بمقاومة شد عالية وبحد خضوع عالي وعامل مرونة منخفض من أجل الحصول على إمكانية تخزين طاقة كبيرة (المساحة تحت الجزء المرن من مخطط الإجهاد- انفعال). من أجل الحمولات الديناميكية للنابض فإن خاصية مقاومة التعب للمادة لها الأهمية الأولى. وهناك عوامل أخرى يجب أن تؤخذ في عين الاعتبار كالكلفة، توفر المادة، قابلية التشكيل، مقاومة التآكل، النفوذية المغناطيسية والناقلية الكهربائية. وبالتالي فإنه يجب اختيار مواد النوابض بحذر وذلك للحصول على حل وسط بين هذه العوامل. إن المقاومة العالية للشد ونقطة الخضوع تتحقق عادة في خلائط الفولاذ ذي الكربون المتوسط أو العالي. أما بالنسبة للفولاذ غير القابل للصدأ فهناك خلائط قليلة منه تصلح لتصنيع النوابض نظرا للتبعثر في قيمة عامل يونغ (E). بالنسبة لخلائط النحاس فإن خليطة البريليوم – نحاس وخليطة الفوسفور- برونز تصلح عادة لتصنيع النوابض. النوابض الصغيرة التي تتحمل قوى قليلة تصنع عادة بالسحب على البارد وتكون أسلاك دائرية المقطع أو مستطيلة المقطع أو من صفائح رقيقة مدرفلة على البارد.
أما النوابض التي تستعمل في القوى الكبيرة مثل نوابض تعليق السيارات فإنها تصنع بالسحب على الساخن أو بالطرق. مواد النوابض تخضع عادة للتقسية من أجل الحصول على المقاومة المطلوبة. أبعاد المقاطع الصغيرة تقسى بعملية السحب على البارد، أما المقاطع الكبيرة فتقسى بالمعالجة الحرارية. تستعمل عادة درجات حرارة منخفضة (°C 510- 175) بعد التشكيل للتخلص من الإجهادات المتبقية واستقرار الأبعاد. تستعمل درجات حرارة عالية للسقاية والمراجعة للنوابض التي تشكل بالتلدين. لمعظم التطبيقات، تكون الإجابة على سؤال هل المادة مغناطيسية أو لا عن طريق استخدام مغناطيس دائم. ولكن في بعض التطبيقات فإن مستويات منخفضة جدا من السلوك المغناطيسي يمكن أن تكون ضارة. لذلك فإنه من الأفضل معرفة النفوذية المغناطيسية للمواد المختارة ونظرا لأن النفوذية يمكن أن تتغير بالتشكيل على البارد، فإن يمكن توقع بعض الاختلاف. بشكل عام تكون المواد ذات النفوذية المنخفضة غالية الثمن، لذلك يجب على المصممين اختيار هذه المواد فقط عندما تكون هناك حاجة ضرورية لها. غالبا ما يكون الستانلس ستيل المقوى بالنتروجين- منغنيز اختيارا جيدا لأنه يملك متانة جيدة وذو كلفة معتدلة.
