스프링 자재 선정 가이드 : 최적의 소재 선택을 위한 핵심 고려 사항

스프링 자재 선정 시 5대 핵심 평가 요소

1. 기계적 특성
탄성 한계 (Elastic Limit) : 영구 변형 없이 견딜 수 있는 최대 응력
피로 강도 (Fatigue Strength) : 반복 하중 시 허용 응력 범위 (10⁷ 사이클 기준)
인장 강도 (Tensile Strength) : 소재의 최대 인장 저항력 (단위: MPa)

2. 환경적 요인
내식성 : 염분, 산, 알칼리 노출 여부 (해양환경 vs 실내환경)
온도 범위 : -200°C ~ 600°C까지 사용 환경에 따른 열팽창 계수 고려
마모 저항 : 고주기 운동 시 표면 마모량 예측

3. 경제성
원가 대비 수명 : 초기 비용 vs 교체 주기
가공성 : 소재 경도에 따른 공정 시간 차이 (예: SUS304 vs 피아노선)

4. 규격 인증
국제 표준 : ASTM, DIN, JIS, KS 인증 여부
산업별 인증 : 자동차(IATF 16949), 의료(FDA Class II/III)

5. 특수 요구 사항
비자성 : MRI 기기용 무자성 소재 요구
초경량 : 마그네슘 합금 적용 사례

주요 스프링 소재별 특성 비교

1. 탄소강 계열
탄성 한계 (Elastic Limit) : 영구 변형 없이 견딜 수 있는 최대 응력
피로 강도 (Fatigue Strength) : 반복 하중 시 허용 응력 범위 (10⁷ 사이클 기준)
인장 강도 (Tensile Strength) : 소재의 최대 인장 저항력 (단위: MPa)

2. 스테인리스 계열
내식성: 염분, 산, 알칼리 노출 여부 (해양환경 vs 실내환경)
온도 범위 : -200°C ~ 600°C까지 사용 환경에 따른 열팽창 계수 고려
마모 저항 : 고주기 운동 시 표면 마모량 예측

3. 특수 합금

Inconel 718 : 700°C 고온용, 항공우주 엔진 스프링
Ti-6Al-4V : 생체 적합성, 인공 관절용
Cu-Be : 비자성, 전자기기 실드용

종류	장점	단점	적용 분야
SWC	우수한 피로수명, 저렴	내식성 낮음	자동차 서스펜션
SUP9A	고강도(1,800MPa)	열처리 변형 리스크	공작기계

종류	내식성	가격	주요 사용처
SUS304	우수함(일반 환경)	중간	식품장비
SUS316L	매우 우수함	30% 더 비쌈	의료기기, 선박

산업별 권장 사양 예시

1. 자동차 용접 로봇용 스프링
사양 소재 : SUP10 + 크롬 도금
직경 : 6mm ±0.05mm
피치 : 12mm ±0.1mm
수명 : 500만 사이클 보장

2. 반도체 장비 클램핑 스프링

소재 : SUS631(H900 상태)
특징 : 클린룸 등급: Class 100
표면 거칠기 : Ra ≤ 0.4μm
ESD 방지 코팅 적용

3. 심장판막용 니티놀 스프링
형상기억 합금 사양 : Af 변태온도: 37°C ±2°C (체온 반응)
반복 수명 : 4억 회 이상
MRI 호환성 : 완전 비자성

소재 선정 프로세스

1. 5단계 결정 방법
하중 분석 : 정적/동적 하중 계산 (FEA 시뮬레이션)
환경 평가 : 습도, 화학물질, 온도 매핑
규격 확인 : 업계 표준 충족 여부 검토
가공 검증 : 소재의 성형 적합성 테스트
비용 최적화 : TCO(총 소유 비용) 계산

2. 흔한 실수 방지법
오버스펙 : 필요 이상의 고강도 소재 선택 → 가격 200% 상승
열처리 무시 : SUS304도 스트레스 릴리프 필요
마찰 계수 간과 : 반복 운동 시 PTFE 코팅 필요성 검토