W jaki sposób wysoka temperatura wpływa na wydajność sprężyn skrętnych ze stali nierdzewnej

Jako ważny element magazynowania energii i uwalniania, Sprężyny skrętne ze stali nierdzewnej są szeroko stosowane w lotniczej, elektronice motoryzacyjnej, sprzęcie medycznym, maszyn przemysłowych i innych branżach. W warunkach wysokiej temperatury ich wydajność różni się znacznie od tego w normalnych środowiskach temperatury. Wysoka temperatura nie tylko zmienia właściwości fizyczne samego materiału, ale także wpływa na stabilność geometryczną i żywotność wiosny.

Wpływ wysokiej temperatury na właściwości mechaniczne materiałów
Zmniejszenie granicy plastyczności
Wysoka temperatura znacznie zmniejszy granicę plastyczności stali nierdzewnej. Przykładając SUS304, granica plastyczności w temperaturze pokojowej (25 ° C) wynosi około 205 MPa. Gdy temperatura wzrośnie do 300 ° C, jej granica plastyczności może spaść do poniżej 140 MPa. Oznacza to, że sprężyna jest bardziej skłonna do odkształcenia plastycznego pod tym samym obciążeniem i nie może skutecznie przechowywać energii i odbicia.
Zmniejszony moduł sprężysty
Moduł sprężysty reprezentuje sztywność materiału. W warunkach wysokiej temperatury wibracja termiczna sieci metalu jest wzmocniona, a moduł sprężystości jest zmniejszony, co powoduje spadek wyjścia momentu obrotowego sprężyny na jednostkę przemieszczenia kątowego. W przypadku zastosowań wymagających wysokiej precyzyjnej kontroli momentu obrotowego, takich jak automatyczne mechanizmy montażu lub precyzyjne systemy wykrywania, degradacja wydajności wpłynie bezpośrednio na funkcje produktu.
Zjawisko pełzania jest wzmocnione
W środowisku o wysokiej temperaturze stal nierdzewna będzie pełzać w długoterminowych warunkach stresu ciągłego. Pełność powoduje stopniowe zwiększenie kąta skrętu bez zwiększania siły zewnętrznej, powodując błędy pozycjonowania strukturalnego, a nawet trwałe odkształcenie. Zwłaszcza w warunkach pracy, w których jednocześnie istnieje ciągłe obciążenie i temperatura pracy, takie jak przemysłowe sprężyny drzwi pieca i elementy turbiny, pełzanie stanowi poważne zagrożenie dla niezawodności systemu.

Wpływ wysokiej temperatury na stabilność strukturalną
Efekt rozszerzania termicznego
Stal nierdzewna ma duży współczynnik rozszerzalności cieplnej (około 16 ~ 17 × 10⁻⁶/k) w wysokich temperaturach. Długość, średnica i szczelina cewki sprężyny skrętnej zmienią się w wysokich temperaturach, wpływając na dokładność montażu i prześwit, może powodować zagłuszanie, zużycie lub awarię.
Problem relaksacji strukturalnej
Stal nierdzewna ma znaczący efekt rozluźnienia stresu w wysokich temperaturach. Nawet jeśli początkowy moment obrotowy jest ustawiony rozsądnie, wraz ze wzrostem czasu użycia naprężenie wewnętrzne materiału stopniowo uwalnia, co powoduje spadek momentu wyjściowego sprężyny. Ta relaksacja jest szczególnie znacząca powyżej 250 ° C, co spowoduje, że sprężyna skrętna straci swoją oczekiwaną zdolność rotacji i jest szczególnie nieodpowiednia dla statycznych struktur trzymania.
Utlenianie powierzchniowe i ryzyko korozji
Powierzchnia stali nierdzewnej w wysokiej temperaturze jest bardziej podatna na utlenianie. Nawet materiały austenityczne, takie jak SUS316 lub SUS304, mogą tworzyć znaczącą skalę tlenku powyżej 400 ° C, zmniejszając odporność na korozję i wytrzymałość powierzchniową, przyspieszając w ten sposób tworzenie mikrokracków i wpływając na wydajność zmęczenia.

Wpływ wysokiej temperatury na żywotność zmęczeniową
Limit zmęczenia maleje
Wysoka temperatura nasila mikroskopowe zachowanie poślizgu materiału, dzięki czemu struktura sieci jest bardziej podatna na złamanie zmęczeniowe. Pod tym samym cyklicznym obciążeniem żywotność zmęczenia sprężyn ze stali nierdzewnej w wysokiej temperaturze jest znacznie niższa niż w temperaturze pokojowej. Dla każdego wzrostu temperatury o 50 ° C żywotność zmęczenia może zmniejszyć się o ponad 20%.
Zjawisko zmęczeniowe termiczne
W środowisku z wieloma naprzemiennymi gorącymi i zimnymi warunkami sprężyny ze stali nierdzewnej są podatne na pękanie zmęczenia termicznego. Powtarzające się obszary stężenia rozszerzania termicznego i skurczu tworzą stężenie naprężeń w korzeni, zgięciu lub powierzchni kontaktowej sprężyny, co ostatecznie wyzwala rozszerzanie mikrokracków i prowadzi do niewydolności pęknięcia.
Zwiększona tempo wzrostu pęknięć
Wysokiej temperatury powoduje szybciej rosnące mikrokredy, szczególnie w źródłach o początkowych wadach lub nieregularnych znakach przetwarzania. Szybkość wzrostu pęknięć w wysokiej temperaturze może wzrosnąć o 2 do 5 razy, znacznie skracając żywotność serwisową.