Missä olosuhteissa ruostumattomasta teräksestä valmistettujen vääntöjousien viruminen on merkittävämpi

Viruminen on kiinteän materiaalin hidas, pysyvä plastinen muodonmuutos jatkuvassa jännityksessä ajan kuluessa. varten ruostumattomasta teräksestä valmistetut vääntöjouset Viruminen ilmenee palautusmomentin asteittaisena pienenemisenä (tunnetaan teknisesti jännitysrelaksaationa jatkuvan taipuman alaisena) tai taipumakulman jatkuvana kasvuna vakiokuormituksella. Tämä ilmiö vaikuttaa suoraan jousen pitkän aikavälin tarkkuuteen ja luotettavuuteen. Ammattimaisesta näkökulmasta ruostumattomasta teräksestä valmistettujen vääntöjousien merkittävään virumisen esiintymiseen vaikuttavat ensisijaisesti seuraavien kolmen integroidun tekijän synergiset vaikutukset.

1. Kriittinen lämpötilavaikutus

Lämpötila on ensisijainen tekijä, joka määrittää, tapahtuuko virumista merkittävästi. Vaikka virumista tapahtuu teoriassa missä tahansa lämpötilassa, sen nopeus vaikuttaa olennaisesti teknisiin sovelluksiin vasta, kun se ylittää tietyn kynnyksen.

Sulamispistekorrelaatio: Perinteinen metallimateriaaliteoria viittaa siihen, että virumisesta tulee tyypillisesti merkittävää noin 0,4 Tm materiaalin absoluuttisen sulamislämpötilan yläpuolella. Ruostumattomilla teräksillä (kuten 300-sarjalla) on korkeampi sulamispiste, mutta koska jousilanka on suuren jännityksen alaisena, todellinen lämpötila, jossa hiipiminen tapahtuu, on paljon alhaisempi.

Ruostumattoman teräksen käyttölämpötila: Yleisesti ottaen standardiausteniittisten ruostumattomien terästen (kuten SUS 304 tai 302) momenttijousen suositeltu maksimikäyttölämpötila on noin 250–300 °C.

Kun työskentelylämpötila on alle 100 °C, ryömintänopeus on erittäin alhainen ja se voidaan jättää huomiotta.

Kun työskentelylämpötila ylittää 150°C, erityisesti 200°C - 300°C, lämpöenergia aktivoi dislokaatioliikkeen ja tyhjiön diffuusiota ruostumattoman teräksen sisällä, mikä kiihdyttää plastista muodonmuutosta ja saa aikaan havaittavan hiipumisen.

2. Korkean stressitason katalyyttinen vaikutus

Samoissa lämpötilaolosuhteissa kohdistetut jännitystasot ovat ensisijainen liikkeellepaneva voima, joka nopeuttaa virumista. Vääntöjousien kohdalla tämä jännitys viittaa erityisesti taivutusjännitykseen.

Jännitys ja myötölujuus: Viruminen on ainutlaatuinen siinä mielessä, että se tapahtuu jännitystasoilla, jotka ovat paljon materiaalin myötörajan alapuolella. Kuitenkin, mitä lähempänä jännitys lähestyy kimmorajaa, sitä suurempi on virumisnopeus.

Jousen suunnittelu: Vääntöjousta suunniteltaessa, jos suurin käyttöjännitys ylittää kriittisen prosenttiosuuden ruostumattoman teräksen materiaalin suhteellisesta rajasta (esim. 60 % tai 70 %), virumista voi kertyä pitkän ajan kuluessa, mikä aiheuttaa merkittävää mittaepävakautta jopa huoneenlämpötilassa. Suuri jännitys tarjoaa aktivointienergian, joka tarvitaan hilan vastuksen voittamiseksi, mikä nopeuttaa dislokaatiovirumisen esiintymistä.

Stressin rentoutuminen: Jatkuvassa taipumasovelluksissa korkea jännitys johtaa suoraan nopeutuneeseen stressin rentoutumiseen. Tämä rentoutuminen ilmenee viime kädessä vääntömomentin häviämisenä, mikä on ensisijainen syy, että jousi ei pysty ylläpitämään tarkoitettua toimintaansa.

3. Jatkuva latausaika

Viruminen on tyypillinen ajasta riippuva muodonmuutos. Mitä pidempään jousi on kuormitettuna, sitä suurempi on kumulatiivinen virumisjännitys.

Virumisen kolme vaihetta: Viruminen on tyypillisesti jaettu kolmeen vaiheeseen:

Ensisijainen ryömintä: Jännitysaste laskee vähitellen. Tämä on vaihe, jota hallitsee jännityskarkaisu, kun jousi kuormitetaan ensimmäisen kerran.

Toissijainen ryömintä: Venymänopeus pysyy olennaisesti vakiona. Tämä on tasapainovaihe kovettumisen ja pehmenemisen (eli palautumisen) välillä, ja se muodostaa suurimman osan jousen käyttöiästä.

Tertiäärinen viruminen: Venymänopeus kasvaa jyrkästi murtumaan asti. Vääntömomenttijousien käytännön sovelluksissa tämä vaihe ei yleensä ole sallittu.

Pitkäaikainen staattinen kuormitus: Staattisissa kuormitussovelluksissa, jotka edellyttävät kiinteän kulman säilyttämistä pitkiä aikoja, kuten venttiilijouset tai tietyt kiinnitysmekanismit, aika on ratkaiseva. Jopa suhteellisen alhaisessa jännityksessä ja lämpötilassa vuosien tai jopa vuosikymmenten kumulatiiviset kuormitukset voivat aiheuttaa jousen pysyvän asettamisen ylittämään toleranssit.

4. Materiaalin mikrorakenteen vaikutus

Ruostumattoman teräslangan mikrorakenteella ja valmistusprosessilla on ratkaiseva vaikutus virumiskestävyyteen.

Kylmätyökarkaisu: Ruostumattomasta teräksestä valmistettu jousilanka käy tyypillisesti läpi suuren prosenttiosuuden kylmävetoa korkean lujuuden saavuttamiseksi. Kylmämuokkauksen aiheuttama suuri dislokaatioiden tiheys parantaa virumiskestävyyttä huoneenlämpötilassa. Lämpötilan noustessa nämä dislokaatiot voivat kuitenkin alkaa palautua, mikä heikentää stressin rentoutumista.

Sadekarkaisu: Joissakin erittäin lujassa ruostumattomissa teräslajeissa (kuten 17-7 PH ruostumaton teräs) käytetään sadekarkaisumekanismia. Asianmukainen lämpökäsittely ja vanheneminen voivat muodostaa hienojakoisia saostumia, jotka kiinnittävät sijoiltaan tehokkaasti sijoiltaan ja parantavat merkittävästi kohonneen lämpötilan virumiskestävyyttä.