Katere metode je mogoče uporabiti za zmanjšanje ali odpravo preostale napetosti v vzmeteh iz nerjavečega jekla med načrtovanjem in proizvodnjo

Preostali stres je pogosto in kritično vprašanje v proizvodnem procesu vzmeti iz nerjavečega jekla . Izhaja predvsem iz neenakomernega pretoka materiala med plastično deformacijo. Ko je žica iz nerjavečega jekla upognjena in navita v vzmetno obliko, se zunanji material raztegne, medtem ko se notranji material stisne. Ta neenakomerna deformacija vodi do kopičenja notranjih napetosti, ki vztrajajo tudi po odstranitvi zunanje sile.

Preostala napetost ima neposreden in pomemben negativen vpliv na delovanje vzmeti iz nerjavečega jekla. Prvič, zmanjša mejo elastičnosti vzmeti, kar povzroči trajno deformacijo, preden doseže projektno obremenitev. Drugič, preostala napetost znatno skrajša življenjsko dobo ob utrujenosti, zaradi česar vzmet po ponavljajočih se ciklih obremenitve prezgodaj odpove. Še resneje, v določenih korozivnih okoljih lahko preostala napetost postane sprožilec razpok zaradi napetostne korozije (SCC), kar povzroči nenaden krhek zlom. Zato je učinkovito zmanjšanje ali odprava preostale napetosti ključnega pomena za zagotavljanje visoke zanesljivosti in dolge življenjske dobe vzmeti iz nerjavečega jekla.

Toplotna obdelava: Osnovna tehnologija za odpravo preostale napetosti

Toplotna obdelava je najpogostejša in najučinkovitejša metoda za zmanjšanje ali odpravo preostale napetosti v vzmeteh iz nerjavečega jekla. Osnovno načelo je segreti vzmet na določeno temperaturo in jo tam zadržati, kar omogoča atomom v materialu, da pridobijo dovolj energije za preureditev, s čimer se sprosti in prerazporedi napetost, ki jo povzroča hladna obdelava.

1. Nizko temperiranje (lajšanje stresa):

To je najpogostejša metoda toplotne obdelave za lajšanje stresa. Za martenzitna nerjavna jekla (kot sta 420 in 440°C) in avstenitna nerjavna jekla (kot sta 302 in 304) se to običajno izvaja pri nižji temperaturi.

Avstenitna nerjavna jekla (302, 304 in 316): Idealna temperatura popuščanja napetosti je običajno med 340°C in 450°C. Znotraj tega temperaturnega območja material ni podvržen fazni transformaciji, vendar je toplotno gibanje atomov zadostno za sprostitev večine notranjih napetosti. Visoke temperature lahko povzročijo obarjanje karbidov na mejah zrn, kar zmanjša odpornost proti koroziji, zato je strog nadzor temperature bistvenega pomena.

Martenzitna nerjavna jekla (410, 420 in 431): Te vzmeti so običajno kaljene po kaljenju, nadzor temperature pa je ključnega pomena. Temperature popuščanja za razbremenitev napetosti so običajno med 250-400°C, kar učinkovito zmanjša preostalo napetost, hkrati pa ohrani zahtevano trdoto in trdnost.

2. Zdravljenje in staranje raztopine:

Za precipitacijsko utrjena nerjavna jekla (kot sta 17-7PH in 15-5PH) je njihova končna trdnost odvisna od obdelave s staranjem. Pred oblikovanjem je žica običajno v raztopini, kar ima za posledico dobro duktilnost. Po oblikovanju staranje ne le omogoča, da faza obarjanja poveča trdnost, ampak tudi učinkovito odpravi preostalo napetost. Ta proces poteka sočasno.

Mehanska obdelava: izboljšanje površinskih lastnosti in porazdelitve napetosti

Poleg toplotne obdelave lahko nekatere mehanske metode tudi učinkovito izboljšajo napetostno stanje vzmeti, zlasti površinsko preostalo napetost.

1. Shot Peening:

Shot peening vključuje uporabo visokohitrostnih curkov drobnih jeklenih ali keramičnih kroglic za udarjanje na površino vzmeti, kar ustvarja tlačno napetostno plast.

Načelo: Tlačna napetost, ki nastane zaradi udarca, lahko izravna natezno preostalo napetost na površini. Ker se razpoke zaradi utrujenosti običajno sprožijo s površine, lahko ta tlačna napetostna plast učinkovito ovira širjenje razpok, kar znatno izboljša življenjsko dobo vzmeti zaradi utrujenosti.

Uporaba: Peskanje je še posebej primerno za vzmeti, ki so izpostavljene visokim cikličnim obremenitvam ali ekstremnim pogojem delovanja, kot so vzmeti ventilov avtomobilskih motorjev in kritične vzmeti v vesoljski industriji.

2. Prednapenjanje:

Prednapenjanje, znano tudi kot "kompaktiranje" ali "nastavitev", je metoda za aktivno odpravljanje preostale napetosti.

Načelo: Po izdelavi vzmeti se nanjo uporabi tlačna ali torzijska sila, ki presega njeno konstrukcijsko obremenitev, kar povzroči rahlo trajno plastično deformacijo. Ta proces prerazporedi napetost znotraj vzmeti in ustvari preostalo napetost v nasprotni smeri delovne obremenitve, potem ko je obremenitev odstranjena.

Učinek: Ta obrnjena preostala napetost lahko izravna del delovne napetosti, zmanjša raven napetosti pri dejanski uporabi in s tem izboljša nosilnost vzmeti in odpornost proti utrujenosti.

Nadzor procesa in izbira materiala

Ključnega pomena je tudi nadzor nad nastajanjem preostale napetosti pri viru.

Izbira prave žice: Izbira visokokakovostne, enotne žice iz nerjavečega jekla je bistvenega pomena. Nepravilni postopki hladnega vlečenja ali hladnega valjanja lahko povzročijo prekomerno notranjo obremenitev.

Optimizacija procesa oblikovanja: Prilagoditev parametrov stroja za navijanje, kot sta hitrost navijanja in hitrost podajanja, lahko doseže bolj enakomerno deformacijo materiala. Napredna CNC oprema lahko natančneje nadzoruje proces oblikovanja, kar zmanjšuje neenakomerno deformacijo.

Natančen nadzor procesa: Od vstopa žice v tovarno do končne toplotne obdelave je na vsaki stopnji potreben strog nadzor procesnih parametrov. Na primer, natančno je treba spremljati enakomernost temperature peči za toplotno obdelavo, stopnje povečanja in znižanja ter čas zadrževanja.