Hvilke metoder kan brukes for å redusere eller eliminere restspenning i rustfrie stålfjærer under design og produksjon

Reststress er et vanlig og kritisk problem i produksjonsprosessen av rustfrie stålfjærer . Det stammer først og fremst fra ujevn flyt av materialet under plastisk deformasjon. Når den rustfrie ståltråden bøyes og vikles til fjærformen, strekkes det ytre materialet mens det indre materialet komprimeres. Denne ujevne deformasjonen fører til akkumulering av indre spenninger som vedvarer selv etter at den ytre kraften er fjernet.

Restspenning har en direkte og betydelig negativ innvirkning på ytelsen til rustfrie stålfjærer. For det første reduserer den fjærens elastisitetsgrense, og forårsaker permanent deformasjon før den når designbelastningen. For det andre reduserer gjenværende spenning utmattelseslevetiden betydelig, noe som fører til at fjæren svikter for tidlig etter gjentatte belastningssykluser. Mer alvorlig, i visse etsende miljøer, kan restspenning bli en utløser for spenningskorrosjonssprekker (SCC), noe som fører til plutselig sprøbrudd. Derfor er det avgjørende å effektivt redusere eller eliminere gjenværende spenning for å sikre høy pålitelighet og lang levetid for fjærer i rustfritt stål.

Varmebehandling: Kjerneteknologien for å eliminere restspenning

Varmebehandling er den vanligste og mest effektive metoden for å redusere eller eliminere restspenning i rustfrie stålfjærer. Det grunnleggende prinsippet er å varme opp fjæren til en bestemt temperatur og holde den der, slik at atomene i materialet får tilstrekkelig energi til å omorganisere, og dermed frigjøre og omfordele spenningen forårsaket av kaldbearbeiding.

1. Lavtempererende (stressavlastende):

Dette er den vanligste spenningsavlastende varmebehandlingsmetoden. For martensittiske rustfrie stål (som 420 og 440°C) og austenittiske rustfrie stål (som 302 og 304), utføres dette vanligvis ved lavere temperatur.

Austenittisk rustfritt stål (302, 304 og 316): Den ideelle tempereringstemperaturen for spenningsavlastning er vanligvis mellom 340°C og 450°C. Innenfor dette temperaturområdet gjennomgår ikke materialet fasetransformasjon, men den termiske bevegelsen til atomer er tilstrekkelig til å frigjøre de fleste indre spenninger. Høye temperaturer kan føre til at karbider utfelles ved korngrenser, noe som reduserer korrosjonsmotstanden, så streng temperaturkontroll er avgjørende.

Martensittisk rustfritt stål (410, 420 og 431): Disse fjærene er vanligvis herdet etter bråkjøling, og temperaturkontroll er avgjørende. Tempereringstemperaturer for spenningsavlastning er vanligvis mellom 250-400°C, noe som effektivt reduserer gjenværende spenning samtidig som den nødvendige hardheten og styrken opprettholdes.

2. Løsningsbehandling og aldring:

For utfellingsherdende rustfritt stål (som 17-7PH og 15-5PH), avhenger deres endelige styrke av aldringsbehandlingen. Før forming er tråden typisk i løsning, noe som resulterer i god duktilitet. Etter dannelse tillater aldring ikke bare utfellingsfasen å øke styrken, men eliminerer også effektivt gjenværende stress. Denne prosessen skjer samtidig.

Mekanisk behandling: Forbedring av overflateegenskaper og spenningsfordeling

I tillegg til varmebehandling kan visse mekaniske metoder også effektivt forbedre spenningstilstanden til fjærer, spesielt overflaterestspenning.

1. Shot Peening:

Shot peening innebærer bruk av høyhastighetsstråler av bittesmå stål- eller keramiske perler for å påvirke fjæroverflaten, og skape et trykkspenningslag.

Prinsipp: Trykkspenningen som genereres ved kulepenning kan oppveie strekkrestspenningen på overflaten. Siden utmattingssprekker typisk starter fra overflaten, kan dette trykkspenningslaget effektivt hindre sprekkforplantning, og forbedre fjærens utmattingslevetid betydelig.

Anvendelse: Skuddblåsing er spesielt egnet for fjærer utsatt for høye sykliske belastninger eller ekstreme driftsforhold, slik som bilmotorventilfjærer og kritiske fjærer i romfartsindustrien.

2. Forspenning:

Forspenning, også kjent som "komprimering" eller "innstilling", er en metode for aktivt å eliminere restspenning.

Prinsipp: Etter at fjæren er produsert, påføres den en trykk- eller torsjonskraft som overstiger designbelastningen, noe som forårsaker en liten permanent plastisk deformasjon. Denne prosessen omfordeler spenning i fjæren, og genererer en restspenning i motsatt retning av arbeidsbelastningen etter at lasten er fjernet.

Effekt: Denne reverserte restspenningen kan oppveie noe av arbeidsspenningen, redusere spenningsnivået ved faktisk bruk, og dermed forbedre fjærens bæreevne og utmattingsmotstand.

Prosesskontroll og materialvalg

Å kontrollere genereringen av gjenværende stress ved kilden er også avgjørende.

Velge riktig ledning: Velge høy kvalitet, uniform rustfritt stål wire er avgjørende. Feil kaldtrekking eller kaldvalsingsprosesser kan introdusere overdreven indre spenning.

Optimalisering av formingsprosessen: Justering av viklingsmaskinparametere, som viklingshastighet og matehastighet, kan oppnå mer jevn materialdeformasjon. Avansert CNC-utstyr kan mer presist kontrollere formingsprosessen, og redusere ujevn deformasjon.

Nøyaktig prosesskontroll: Fra ledning som kommer inn i fabrikken til endelig varmebehandling, kreves streng prosessparameterkontroll på hvert trinn. For eksempel må varmebehandlingsovnens temperaturensartethet, opp- og nedtrappingshastigheter og holdetid overvåkes nøyaktig.