스프링의 재료

피아노선
피아노선은 스프랑과 떨어질 수 없는 관계에서 발전을 해왔다. 높은 강도와 재질, 엄격한 균일성을 요구하는 피아노 등 악기에 사용되는 선과 고품질의 스프링에 사용외 되는 선과 같은 성능이 요구되는 것으로 피아노선이라 불리고 있다.
가혹한 조건 아래서 사용을 하고 있는 내연기관 밸브 스프링, 소형 전기, 카메라 사무기기등에 사용을 하고 있는 고응력의 스프링은 피아노선의 품질이 스프링의 보증 수명을 좌우하는 것으로 되어 있다. 피아노선은 0.75~0.85%의 탄소를 가지고 있는 고탄소강을 인발 가공을 하여 빼어낸 후 성징을 주기 위해 파텐딩딩이라는 하는 열처리를 하고 나서 주의 깊은 냉간 인발에 따라 고강도와 인성을 주어진 것으로 선경 0.16mm가 되면 그의 인장강도는 300kg/㎟로 되어, 최고의 강도를 유지한다. 피아노선은 스프링 성형 후 성형에 의한 유해한 잔류 응력의 제거와 스프링 성능개선을 위해 나마시를 시행한다. 스프링에 탄성한을 높게, 처짐을 방지하는 경우에는 200 ~ 250℃, 피로강도를 향상하는 경우에는 300~350℃ 저온의 열처리를 실시한다.

경강선
경강선은 피아노선과 같은 방법으로 냉간 인발에 의해 인장강도 등 스프링 성이 주어져 있지만, 피아노선과 비교하면 선재 및 선의 제조 방법이 좀 부드럽지만 품질은 피아노선보다 전반적으로 가격이 떨어지는 것으로 된다. 그러나 스프링 가운데 사용상 끝없이 심한 반복 하중이 걸리지 않는 것, 단순하게 일정이 스프링 작용이 있는 것만으로 좋은 것이 많아 이때에는 고급, 고가의 피아노선은 과잉 품질이기 때문에 경강선이 사용된다.
경강선에는 A종, B종, C종 등 3가지 종류가 있는데 스프링용 규격은 A종은 인장강도가 낮고 그 외에는 사용상 같다. 경강선은 시장에서는 A종은 40카본, B종은 60카본, C종은 80카본으로 카본량을 표시하고 있지만 인장강도의 범위에 따라 그 종류가 달라진다. 경강선은 고도의 내 피로성을 요구하는 경우에는 부적합하지만 적당한 강도가 있어서 성형 가공성이 필요한 것에는 충분한 경제적인 스프링용 강선이다.

오일템파선
오일템파선은 냉간 인발 강선의 피아노선, 경강선, 스테레스 강선은 냉간 신선에 의해 최종적으로 선에 기계적 성질을 있는 반면 오일템파선은 냉간 신선된 후 선을 연속적으로 직선 상황에서 기름야기, 일템파처리를 행하여 기계적 성질을 준 것으로 선을 펼쳤을 때 직선으로 뻣는 성질과 항복비가 높고 선경이 큰 것도 제조가 용이한 특징을 가지고 있다. 오일템파선은 특히 미국에 있어서 오래전부터 발전 진보해 있으며 일본은 32년에 스프링공업회 규격으로 해 현재 ‘스프링용 탄소강 오일템파선, 밸브 스프링용 탄소강 오일템파선, 밸브 스프링용 크롬바나듐강 오일템파선’의 3규격으로 전신이 제정된 이후로부터 차제에 보급 발달해왔다. 3규격 외 ‘밸브 스프링용 실리콘 크롬강 오일템파선, 스프링용 실리콘 망간강 오일 템파선 등 현재 2규격이 제정되어 있다.
스프링용 탄소강 오일템파선은 탄소 및 망간의 범위가 넓게 표시되어 있으나, 선의 소재로 되는 선재는 경강선재를 사용을 해서 “SWO-A”가 SWRH 57(A,B)~SWRH 72(A,B)를 사용하며 SWO-B가 “SWRH 67(A,B) ~ SWRH 82 (A,B)를 사용한다. 또 밸브 스프링용 탄소강 오일템파선”의 선재는 SWRS62 및 67B을 사용한다. SWOSC-V는 인장강도가 기타의 오일템파선은 물론, 피아노선 B종보다 선경 29mm 이상의 것은 높고 1.6mm 선도 피아노선 B종에 대략 비등한 것이다. 각 오일템파선의 사용상 주의 해야할 점은 냉간 신선한 타 재료보다 가공성이 나쁘므로 스프링 지수가 4이하 코일 스프링에는 사용을 피하는 것이 좋다. 그리고 낮은 온도에서도 나마시때는 식산염계의 염용은 결정입개에 침입할 우려가 있으므로 피하는 것이 좋다. 도금 시 산으로 인한 수소취성을 받기 쉬우므로 피하는 것이 좋다.

스프링용 스테인레스 강선
스테인레스 강선을 사용하는 주된 요인은 내식성의 면에서부터 있었는데, 이전에는 황동, 양백, 인청동 등 동합금 분양에서 소량 사용되었다. 스프링 성형도 성형도 선의 표면 피막이나, 윤활유 초경 공구에 사용 등 개선되어 재료로서 스프링 특성은 피아노선 등에 비해서 약간 떨어지지만, 스프링 성형 후 방청 처리 등 특별한 표면처리는 필요하지 않고 경제성이 있다. 스프링용 스테인리스 강선은 일반 스테인리스 강선과는 별개 규격으로 해서 JIS G4314 “스피링용 스테인리스 강선”에 규정되어 있으며 이것은 오스테나이트계 스티엔테스강 또는 그것을 전환시킨 것으로 그의 선재는 JIS G4308 스테인리스로 쓰이고 있다. 그리고 SUS316은 비자성체라 불려지고 있으나 스프링용에 SUS631 WPA는 가공 경화의 시기에 일부 마르텐사이트 변태를 일으켜서 그 부분 안에 자성을 발생시킨다. A형, B형, C형 선을 쓸 때는 스프링 성형 후 성형 가공에 한 유애한 잔류 응력을 제거하고 스프링 성질을 향상하기 위해 350 ~ 450℃에서 저온 열처리를 한다. 그리고 스테인리스 강선은 내식성이 우수하지만 본래에 순수한 스테인리스 자체는 엷고 세밀한 산화피막이 대기 중에서 형성되어 부동태기 되기 위해 산화성 환경에서는 양호한 내식성을 표시하는 것이다. 따라서 유산등 비산화성 환경에 있어서는 산화피막이 유지 안 되고 활성이 되어서 전면 부식이 생기고 염소이온과 같은 피막을 파괴하는 인자가 존재하면 공식을 생기게 한다. 공식 등 위험이 있을 때 초산과 같은 산화성에 산은 안정된 산화피막을 만들어 20~30% 초산에 온액으로 씻어서 즉 부동태리를 하면 좋다. 열처리로 인한 변색을 제거하기 위해서 환원성에 산으로 갖고 있는 불산을 3% 전후 상기에 초산온색에 가하여 담그면 효과가 좋다.

동합금 스프링재료
스프링 재료로서 동합금은 전기 전도성, 비자성, 내식성이 우수하기 때문에 전기기기, 계측기 등에 황동 인청동이 많이 사용된다.

황동
도전성, 경제성에서 동합금 스프링 재료중에서 비교적 우세하지만 타의 것보다 인장강도가 낮고 질 변태에 있어서 선이 최고 80kg/㎟, 줄이 53kg/㎟로 있으므로 설계상의 응력을 높게 할 수 없는 단점이 있다. 용도는 배선기구 부품에 적합하며 스프링 성형 후 200~230℃ 30~1시간 정도 저온 열처리하는 것이 좋다.

인청동
인청동은 구리 와 주석의 합금으로 만든 청동이며 인은 탈산 때문에 첨가된 것이나 0.03~0.35% 납은 인의 강도 및 내 모성을 높인다. 황동보다 성능이 우수하며 고가이며, 용도는 주로 전자, 전기 계측기용 등에 사용이 되며 성형 후 250℃ 전후에서 저온 열처리하는 것이 좋다.