In che modo l'alta temperatura influisce sulle prestazioni delle molle di torsione in acciaio inossidabile

Come importante accumulo di energia e elemento di rilascio, molle di torsione in acciaio inossidabile sono ampiamente utilizzati in aerospaziale, elettronica automobilistica, attrezzature mediche, macchinari industriali e altri settori. Se utilizzate in condizioni di alta temperatura, le loro prestazioni sono significativamente diverse da quelle negli ambienti di temperatura normali. L'alta temperatura non solo cambia le proprietà fisiche del materiale stesso, ma influisce anche sulla stabilità geometrica e sulla durata della primavera.

Effetto di alta temperatura sulle proprietà meccaniche dei materiali
Diminuzione della resistenza alla snervamento
L'alta temperatura ridurrà significativamente la resistenza alla snervamento dell'acciaio inossidabile. Prendendo SUS304 come esempio, la resistenza alla snervamento a temperatura ambiente (25 ° C) è di circa 205 MPa. Quando la temperatura sale a 300 ° C, la sua resistenza alla snervamento può scendere a 140 MPa. Ciò significa che la primavera ha maggiori probabilità di sottoporsi a deformazioni plastiche sotto lo stesso carico e non può immagazzinare efficacemente energia e rimbalzo.
Modulo elastico ridotto
Il modulo elastico rappresenta la rigidità del materiale. In condizioni di alta temperatura, la vibrazione termica del reticolo metallico viene migliorata e il modulo elastico viene ridotto, con conseguente riduzione dell'uscita di coppia della molla per unità di spostamento angolare. Per le applicazioni che richiedono un controllo di coppia ad alta precisione, come meccanismi automatici di assemblaggio o sistemi di rilevamento di precisione, questa degradazione delle prestazioni influenzerà direttamente le funzioni del prodotto.
Il fenomeno del creep è migliorato
In ambiente ad alta temperatura, l'acciaio inossidabile si insinua in condizioni di stress continuo a lungo termine. Il creep fa aumentare gradualmente l'angolo di torsione senza aumentare la forza esterna, causando errori di posizionamento strutturale o persino deformazione permanente. Soprattutto nelle condizioni di lavoro in cui esistono carico continuo e temperatura di lavoro contemporaneamente, come le molle delle porte della fornace industriale e i componenti della turbina, il creep rappresenta una grave minaccia per l'affidabilità del sistema.

Effetto dell'alta temperatura sulla stabilità strutturale
Effetto di espansione termica
L'acciaio inossidabile ha un grande coefficiente di espansione termica (circa 16 ~ 17 × 10⁻⁶/K) ad alte temperature. La lunghezza, il diametro e il divario della bobina della molla di torsione cambieranno ad alte temperature, influenzando l'accuratezza dell'assemblaggio e il gioco di lavoro e può causare inceppamenti, usura o fallimento.
Problema di rilassamento strutturale
L'acciaio inossidabile ha un significativo effetto di rilassamento dello stress ad alte temperature. Anche se la coppia iniziale è impostata ragionevolmente, all'aumentare del tempo di utilizzo, la sollecitazione interna del materiale rilascia gradualmente, con conseguente riduzione della coppia di uscita della molla. Questo rilassamento è particolarmente significativo sopra i 250 ° C, il che farà perdere la molla di torsione per perdere la sua capacità di rotazione prevista ed è particolarmente inadatto alle strutture di detenzione statica.
Ossidazione superficiale e rischio di corrosione
La superficie dell'acciaio inossidabile ad alta temperatura è più suscettibile all'ossidazione. Anche i materiali austenitici, come SUS316 o SUS304, possono formare una significativa scala di ossido superiore a 400 ° C, riducendo la sua resistenza alla corrosione e la resistenza superficiale, accelerando così la formazione di microcrack e influenzando le prestazioni della fatica.

Effetto dell'alta temperatura sulla vita a fatica
Il limite di fatica diminuisce
L'alta temperatura intensifica il comportamento microscopico di slittamento del materiale, rendendo la struttura reticolare più suscettibile alla frattura della fatica. Sotto lo stesso carico ciclico, la durata a fatica delle molle in acciaio inossidabile ad alta temperatura è molto più bassa di quella a temperatura ambiente. Per ogni aumento della temperatura di 50 ° C, la durata della fatica può diminuire di oltre il 20%.
Fenomeno della fatica termica
In un ambiente con molteplici condizioni calde e fredde alternate, le molle in acciaio inossidabile sono soggette a crack di fatica termica. L'espansione termica ripetuta e la contrazione formano aree di concentrazione di stress nella radice, piega o superficie di contatto della molla, che alla fine innesca l'espansione di microcrack e porta a fallimento della frattura.
Aumento del tasso di crescita del crack
L'alta temperatura provoca più rapidamente le microcrack, specialmente nelle molle con difetti iniziali o segni di elaborazione irregolari. Il tasso di crescita delle crepe ad alta temperatura può aumentare di 2-5 volte, accorciando notevolmente la durata del servizio.