Mitä menetelmiä voidaan käyttää vähentämään tai poistamaan jäännösjännitystä ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa jousissa suunnittelun ja valmistuksen aikana

Jäännösstressi on yleinen ja kriittinen kysymys valmistusprosessissa ruostumattomasta teräksestä valmistetut jouset . Se johtuu pääasiassa materiaalin epätasaisesta virtauksesta plastisen muodonmuutoksen aikana. Kun ruostumaton teräslanka taivutetaan ja kierretään jousimuotoon, ulkomateriaali venytetään samalla kun sisämateriaali puristetaan. Tämä epätasainen muodonmuutos johtaa sisäisten jännitysten kerääntymiseen, jotka jatkuvat myös ulkoisen voiman poistamisen jälkeen.

Jäännösjännityksellä on suora ja merkittävä negatiivinen vaikutus ruostumattomien teräsjousien suorituskykyyn. Ensinnäkin se pienentää jousen elastisuusrajaa aiheuttaen pysyvän muodonmuutoksen ennen suunnittelukuormituksen saavuttamista. Toiseksi jäännösjännitys vähentää merkittävästi väsymisikää, jolloin jousi epäonnistuu ennenaikaisesti toistuvien kuormitusjaksojen jälkeen. Vakavammin tietyissä syövyttävissä ympäristöissä jäännösjännityksestä voi tulla jännityskorroosiohalkeilun (SCC) laukaisin, mikä johtaa äkilliseen haurasmurtumaan. Siksi jäännösjännityksen tehokas vähentäminen tai poistaminen on ratkaisevan tärkeää ruostumattomien teräsjousien korkean luotettavuuden ja pitkän käyttöiän varmistamiseksi.

Lämpökäsittely: Ydintekniikka jäännösjännityksen poistamiseksi

Lämpökäsittely on yleisin ja tehokkain menetelmä jäännösjännityksen vähentämiseksi tai poistamiseksi ruostumattomissa teräsjousissa. Perusperiaatteena on lämmittää jousi tiettyyn lämpötilaan ja pitää se siellä, jolloin materiaalin sisällä olevat atomit saavat riittävästi energiaa uudelleenjärjestelyyn, jolloin kylmätyöstön aiheuttama jännitys vapautuu ja jakautuu uudelleen.

1. Low-Tempering (Stress Relieving):

Tämä on yleisin stressinpoistolämmönkäsittelymenetelmä. Martensiittisille ruostumattomille teräksille (kuten 420 ja 440°C) ja austeniittisille ruostumattomille teräksille (kuten 302 ja 304) tämä suoritetaan tyypillisesti alemmassa lämpötilassa.

Austeniittiset ruostumattomat teräkset (302, 304 ja 316): Ihanteellinen jännityksenpoistokarkaisulämpötila on tyypillisesti välillä 340°C - 450°C. Tällä lämpötila-alueella materiaali ei käy läpi faasimuutosta, mutta atomien lämpöliike riittää vapauttamaan useimmat sisäiset jännitykset. Korkeat lämpötilat voivat saada karbidit saostumaan raerajoilla, mikä vähentää korroosionkestävyyttä, joten tiukka lämpötilan hallinta on välttämätöntä.

Martensiittiset ruostumattomat teräkset (410, 420 ja 431): Nämä jouset ovat tyypillisesti karkaistuja sammutuksen jälkeen, ja lämpötilan hallinta on ratkaisevan tärkeää. Stressiä lievittävät karkaisulämpötilat ovat tyypillisesti välillä 250-400°C, mikä vähentää tehokkaasti jäännösjännitystä säilyttäen samalla vaaditun kovuuden ja lujuuden.

2. Ratkaisun hoito ja vanheneminen:

Ruostumattomien terästen (kuten 17-7 PH ja 15-5 PH) saostus-karkaisussa niiden lopullinen lujuus riippuu ikääntymiskäsittelystä. Ennen muodostamista lanka on tyypillisesti liuoksessa, mikä johtaa hyvään sitkeyteen. Muodostumisen jälkeen ikääntyminen ei ainoastaan mahdollista saostumisvaihetta lujuuden lisäämiseksi, vaan myös poistaa tehokkaasti jäännösjännityksen. Tämä prosessi tapahtuu samanaikaisesti.

Mekaaninen käsittely: Pintaominaisuuksien ja stressin jakautumisen parantaminen

Lämpökäsittelyn lisäksi tietyt mekaaniset menetelmät voivat myös parantaa tehokkaasti jousien jännitystilaa, erityisesti pintajäännösjännitystä.

1. Shot Peening:

Ammutuspeening sisältää pienten teräs- tai keraamisten helmien suurinopeuksisten suihkujen käytön jousipinnan iskemiseksi, jolloin syntyy puristusjännityskerros.

Periaate: Ammutusrei'ityksen synnyttämä puristusjännitys voi kompensoida pinnan vetojäännösjännitystä. Koska väsymishalkeamat alkavat tyypillisesti pinnasta, tämä puristusjännityskerros voi tehokkaasti haitata halkeamien etenemistä, mikä parantaa merkittävästi jousen väsymisikää.

Sovellus: Laukauspuhallus soveltuu erityisen hyvin jousiin, joihin kohdistuu suuria syklisiä kuormia tai äärimmäisiä käyttöolosuhteita, kuten autojen moottorin venttiilijouset ja ilmailuteollisuuden kriittiset jouset.

2. Esijännitys:

Esijännitys, joka tunnetaan myös nimellä "kompaktointi" tai "asetus", on menetelmä jäännösjännityksen aktiiviseksi poistamiseksi.

Periaate: Jousen valmistuksen jälkeen siihen kohdistetaan sen suunnittelukuormituksen ylittävä puristus - tai vääntövoima, joka aiheuttaa lievän pysyvän plastisen muodonmuutoksen. Tämä prosessi jakaa jännityksen uudelleen jousen sisällä, jolloin syntyy jäännösjännitys työkuorman vastakkaiseen suuntaan kuorman poistamisen jälkeen.

Vaikutus: Tämä käänteinen jäännösjännitys voi kompensoida osan työjännityksestä, mikä vähentää jännitystasoa todellisessa käytössä, mikä parantaa jousen kantavuutta ja väsymiskestävyyttä.

Prosessin ohjaus ja materiaalin valinta

Myös jäännösjännityksen syntymisen hallinta lähteessä on ratkaisevan tärkeää.

Oikean langan valitseminen: Laadukkaan, yhtenäisen ruostumattomasta teräksestä valmistetun langan valitseminen on välttämätöntä. Epäasianmukainen kylmäveto tai kylmävalssausprosessit voivat aiheuttaa liiallista sisäistä rasitusta.

Muovausprosessin optimointi: Käämityskoneen parametrien, kuten käämitysnopeuden ja syöttönopeuden, säätäminen voi saavuttaa tasaisemman materiaalin muodonmuutoksen. Kehittyneet CNC-laitteet voivat ohjata muovausprosessia tarkemmin vähentäen epätasaista muodonmuutosta.

Tarkka prosessinohjaus: Tehtaan saapuvasta langasta lopulliseen lämpökäsittelyyn tarvitaan tiukka prosessiparametrien ohjaus jokaisessa vaiheessa. Esimerkiksi lämpökäsittelyuunin lämpötilan tasaisuutta, nousu - ja ylösajonopeuksia sekä pitoaikaa on valvottava tarkasti.