Oct 13, 2025
제조 과정 중 스테인레스 스틸 풀백 스프링 , 냉간 가공 및 열처리는 궁극적인 성능, 수명 및 신뢰성을 결정하는 두 가지 핵심 단계입니다. 전통적인 탄소강 스프링과 비교하여 스테인리스강, 특히 오스테나이트계 스테인리스강(예: 302, 304, 316)은 고유한 재료 특성을 갖고 있어 이 두 가지 중요한 공정에 대한 특정 기술적 과제와 엄격한 요구 사항을 제시합니다. 고품질, 고성능 정밀 스프링을 생산하려면 이러한 단계를 정밀하게 제어하는 것이 중요합니다.
고유한 냉간 가공 요구 사항 및 과제
냉간 가공은 일반적으로 재결정 온도 이하에서 재료의 소성 변형을 의미합니다. 스테인리스강 스프링의 경우 이는 주로 코일링 공정과 관련됩니다. 이 프로세스는 스프링의 형상과 초기 강도를 직접적으로 결정합니다.
1. 매우 높은 가공경화율
과제: 오스테나이트계 스테인리스 강의 주목할만한 특징은 가공 경화 속도가 매우 높다는 것입니다. 코일링 과정에서 재료의 격자 구조는 상당한 변형을 겪게 되어 항복 강도와 인장 강도가 급격히 증가합니다. 이러한 경화는 원하는 스프링 탄성과 강도를 달성하는 데 필수적이지만 제조상의 어려움도 있습니다.
요구사항: 고출력, 고강성 코일링 기계가 필수적입니다. 툴링 재료와 형상은 상당한 마찰과 압력을 견디고 조기 마모를 방지하기 위해 매우 까다롭습니다. 또한, 과도한 가공 경화를 방지하기 위해 변형량을 정확하게 계산해야 하며, 이로 인해 코일 스프링 끝에서 재료 취성이 증가하거나 미세 균열이 발생할 수 있습니다.
2. 잔류응력과 기하학적 안정성
과제: 스프링 코일링은 강제 변형 과정으로, 이로 인해 스프링 내에 상당한 잔류 응력이 필연적으로 생성됩니다. 잔류 응력 분포가 고르지 않거나 과도한 경우 언로드 후 원치 않는 스프링백이 발생하여 기하학적 치수(예: 피치 및 자유 길이)를 정밀하게 제어하기 어려울 수 있습니다.
요구사항: 정밀한 와이어 공급 및 벤딩 제어가 가능한 다축 CNC 코일링 머신을 사용하는 등 정밀한 프리스트레스 제어 기술이 필요합니다. 공차가 엄격한 정밀 스프링의 경우, 권취 후 치수 편차를 엄격하게 모니터링하여 후속 응력 완화 어닐링 중에 조정할 수 있도록 해야 합니다.
3. 마찰 및 표면 품질 유지
과제: 스테인레스 스틸의 높은 강도와 경도로 인해 와인딩 과정에서 와이어와 다이 사이의 마찰이 크게 증가하여 스프링 표면에 긁힘이나 흠집이 쉽게 발생합니다. 표면 결함은 피로 파괴로 이어질 수 있는 응력 집중 지점이 될 수 있습니다.
요구 사항: 고성능 윤활제와 냉각 시스템을 사용하여 와인딩 공정 중 마찰과 온도를 지속적으로 꾸준히 줄여야 합니다. 스프링 와이어 자체의 표면 품질(예: 인발 후 잔류 윤활제 층)은 최종 제품의 표면 무결성을 보장하기 위해 높은 표준을 충족해야 합니다.
열처리의 독특한 과제와 제어점
스테인레스 스틸 리턴 스프링의 경우 열처리에는 주로 응력 완화 어닐링 또는 용체화 처리가 포함됩니다. 주요 목적은 스프링의 형상을 안정화하고 이완 및 피로 수명에 대한 저항을 최대화하는 것입니다.
1. 응력 완화 어닐링을 위한 온도 제어
과제: 스테인리스강은 응력 완화를 위한 온도 범위가 상대적으로 좁습니다. 온도가 너무 낮으면 스프링 권선에 의해 생성된 잔류 응력을 효과적으로 제거하기에 불충분합니다. 온도가 너무 높으면 입자가 거칠어지거나 원치 않는 상 변형이 발생하여 스프링의 강도와 탄성이 감소할 수 있습니다.
요구 사항: 온도와 유지 시간을 정밀하게 제어해야 합니다. 일반적인 302/304 스테인리스강의 경우 응력 제거는 일반적으로 산화 및 탈탄을 방지하기 위해 제어된 분위기로에서 350°C~450°C 사이에서 수행됩니다.
2. 입계부식 위험
과제: 이는 스테인리스강 열처리에서 가장 독특하고 위험한 과제 중 하나입니다. 온도가 너무 오랫동안 450°C~850°C의 민감화 범위 내에 유지되면 크롬이 탄소와 결합하여 결정립 경계에 탄화물이 침전됩니다. 이로 인해 결정립 경계 근처의 크롬 함량이 감소하고 내식성이 손실됩니다. 이는 입계 부식 또는 칼선 공격으로 알려져 있습니다.
요구 사항: 열처리 중 가열 및 냉각 속도를 엄격하게 제어하고 특히 감작 온도 범위를 빠르게 통과하도록 보장합니다. 부식성 환경(예: 316 스테인리스강)에 사용되는 스프링의 경우 최대 내식성을 복원하기 위해 열처리 후 용체 어닐링(고온 급속 냉각) 또는 패시베이션이 필요할 수 있습니다.
3. 치수 일관성 및 이완 저항
과제: 열처리 후 스프링 치수가 약간 변경되어 하중 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 더욱이, 장기적인 응력 하에서 스프링의 이완 저항을 최대화하는 것은 지속적인 기술적 과제로 남아 있습니다.
요구 사항: 열처리 후 또는 열처리 중에 스프링은 추가 사전 설정 또는 스크래깅 단계를 거칩니다. 이러한 특수한 열간 및 저온 결합 공정은 과도한 압축을 통해 제한된 소성 변형을 유도하여 구조를 더욱 안정화시킵니다. 이는 고온이나 장기간 하중 하에서 응력 완화에 대한 저항력을 크게 향상시켜 스프링의 하중 유지력이 정밀 응용 분야의 요구 사항을 충족하도록 보장합니다.
