Jak vysoká teplota ovlivňuje výkon nerezových torzních pramenů

Jako důležitý prvek skladování a uvolňování energie, torzní pružiny z nerezové oceli se široce používají v leteckém prostoru, automobilové elektronice, zdravotnickém vybavení, průmyslovém stroji a dalších průmyslových odvětvích. Při použití za podmínek vysokých teplot se jejich výkon výrazně liší od výkonu v normálním teplotním prostředí. Vysoká teplota nejen mění fyzikální vlastnosti samotného materiálu, ale také ovlivňuje geometrickou stabilitu a životnost na jaře.

Vliv vysoké teploty na mechanické vlastnosti materiálů
Snížení pevnosti výnosu
Vysoká teplota výrazně sníží výnosnost nerezové oceli. Jako příklad berou jako příkladu je výnosná pevnost při teplotě místnosti (25 ° C) asi 205 MPa. Když teplota stoupne na 300 ° C, její výtěžek může klesnout pod 140 MPa. To znamená, že pružina s větší pravděpodobností podstoupí plastovou deformaci při stejném zatížení a nemůže účinně ukládat energii a odskočit.
Snížený elastický modul
Elastický modul představuje rigiditu materiálu. Za podmínek vysokých teplot se zvyšuje tepelná vibrace kovové mřížky a elastický modul je snížen, což vede ke snížení točivého výkonu pružiny na jednotku úhlu. U aplikací, které vyžadují vysoce přesné řízení točivého momentu, jako jsou automatické mechanismy sestavení nebo systémy přesného snímání, tato degradace výkonu přímo ovlivní funkce produktu.
Fenomén dotvarování je vylepšen
V prostředí s vysokou teplotou se nerezová ocel plíží za dlouhodobých podmínek kontinuálního stresu. Creep způsobuje, že úhel torze se postupně zvyšuje bez zvýšení vnější síly, což způsobuje strukturální polohovací chyby nebo dokonce trvalou deformaci. Zejména v pracovních podmínkách, kdy současně existuje kontinuální zatížení a pracovní teplota, jako jsou dveřní prameny průmyslové pece a komponenty turbíny, představuje creep vážnou hrozbu pro spolehlivost systému.

Vliv vysoké teploty na strukturální stabilitu
Efekt tepelné roztažnosti
Nerezová ocel má velký koeficient tepelné roztažnosti (asi 16 ~ 17 × 10⁻⁶/k) při vysokých teplotách. Délka, průměr a mezera torzní pružiny se změní při vysokých teplotách, což bude ovlivnit přesnost sestavy a pracovní vůli a může způsobit rušení, opotřebení nebo selhání.
Problém strukturální relaxace
Nerezová ocel má významný účinek na relaxaci napětí při vysokých teplotách. I když je počáteční točivý moment nastaven přiměřeně, s rostoucím dobou používání se vnitřní napětí materiálu postupně uvolňuje, což vede ke snížení výstupního točivého momentu pružiny. Tato relaxace je zvláště významná nad 250 ° C, což způsobí, že torzní pružina ztratí svou očekávanou schopnost rotace a je zvláště nevhodná pro statické držení struktur.
Riziko oxidace povrchu a koroze
Povrch nerezové oceli při vysoké teplotě je náchylnější k oxidaci. Dokonce i austenitické materiály, jako je SUS316 nebo SUS304, mohou tvořit významnou oxidovou stupnici nad 400 ° C, což snižuje jeho odolnost proti korozi a pevnost povrchu, čímž zrychlují tvorbu mikrokracků a ovlivňují výkon únavy.

Vliv vysoké teploty na únavovou životnost
Limit únavy klesá
Vysoká teplota zesiluje mikroskopické chování materiálu, díky čemuž je struktura mřížky náchylnější k únavové zlomenině. Při stejném cyklickém zatížení je únavová životnost pružin z nerezové oceli při vysoké teplotě mnohem nižší než při teplotě místnosti. Za každých 50 ° C se může únavová životnost snížit o více než 20%.
Fenomén tepelné únavy
V prostředí s více střídavými horkými a chladnými podmínkami jsou pružiny z nerezové oceli náchylné k tepelné únavě. Opakovaná tepelná roztažnost a kontrakce tvoří oblasti koncentrace napětí v kořenovém, ohybu nebo kontaktním povrchu pružiny, což nakonec spustí rozšiřování mikrokracků a vede k selhání zlomenin.
Zvýšená rychlost růstu trhlin
Vysoká teplota způsobuje, že mikrokracty rostou rychleji, zejména v pramenech s počátečními vadami nebo nepravidelnými značkami zpracování. Rychlost růstu trhlin při vysoké teplotě se může zvýšit o 2 až 5krát, což výrazně zkrátí životnost.