Za jakých podmínek bude fenomén tečení u nerezových torzních pružin výraznější

Creep je pomalá, trvalá plastická deformace pevného materiálu pod konstantním napětím v průběhu času. pro torzní pružiny z nerezové oceli creep se projevuje jako postupné snižování vratného momentu (technicky známé jako relaxace napětí při konstantním průhybu) nebo kontinuální zvyšování úhlu průhybu při konstantním zatížení. Tento jev přímo ovlivňuje dlouhodobou přesnost a spolehlivost pružiny. Z odborného hlediska je významný výskyt tečení u nerezových torzních pružin ovlivněn především synergickými efekty následujících tří integrovaných faktorů.

1. Vliv kritické teploty

Teplota je primárním faktorem určujícím, zda dojde k významnému tečení. I když k tečení teoreticky dochází při jakékoli teplotě, jeho rychlost významně ovlivňuje technické aplikace, jakmile překročí určitou prahovou hodnotu.

Korelace bodu tání: Tradiční teorie kovových materiálů naznačuje, že tečení se typicky stává významným kolem 0,4 Tm nad absolutní teplotou tání materiálu. Nerezové oceli (jako je řada 300) mají vyšší bod tání, ale protože pružinový drát je pod velkým napětím, skutečná teplota, při které dochází k tečení, je mnohem nižší.

Provozní teplota nerezové oceli: Obecně řečeno, doporučená maximální provozní teplota pro momentovou pružinu pro standardní austenitické nerezové oceli (jako je SUS 304 nebo 302) je přibližně 250 °C až 300 °C.

Když je pracovní teplota nižší než 100°C, je rychlost tečení extrémně nízká a lze ji ignorovat.

Když pracovní teplota překročí 150 °C, zejména v rozsahu 200 °C až 300 °C, dislokační pohyb a difúze prázdných míst v nerezové oceli jsou aktivovány tepelnou energií, což urychluje plastickou deformaci a způsobuje, že se tečení stane patrným.

2. Katalytický účinek vysokých úrovní stresu

Za stejných teplotních podmínek jsou aplikované úrovně napětí primární hnací silou, která urychluje dotvarování. U torzních pružin se toto napětí konkrétně týká namáhání v ohybu.

Napětí a meze kluzu: Tečení je jedinečné v tom, že k němu dochází při úrovních napětí hluboko pod mezí kluzu materiálu. Čím více se však napětí blíží meze pružnosti, tím vyšší je rychlost dotvarování.

Konstrukce pružiny: Při navrhování torzní pružiny, pokud maximální pracovní napětí překročí kritické procento proporcionálního limitu nerezového materiálu (např. 60 % nebo 70 %), může se po delší dobu hromadit tečení, které způsobí významnou rozměrovou nestabilitu, a to i při pokojové teplotě. Vysoké napětí poskytuje aktivační energii potřebnou k překonání odporu mřížky, což urychluje výskyt dislokačního tečení.

Relaxace stresu: Při aplikacích s konstantním vychylováním vede vysoké napětí přímo ke zrychlené relaxaci stresu. Toto uvolnění se nakonec projeví jako ztráta točivého momentu, což je primární důvod, proč pružina nemůže udržet svou zamýšlenou funkci.

3. Trvalé trvání načítání

Creep je typická časově závislá deformace. Čím déle pružina zůstává pod zatížením, tím větší je kumulativní deformace při tečení.

Tři fáze tečení: Proces tečení je obvykle rozdělen do tří fází:

Primární creep: Rychlost deformace se postupně snižuje. V této fázi převládá deformační zpevnění při prvním zatížení pružiny.

Sekundární tečení: Rychlost deformace zůstává v podstatě konstantní. Toto je fáze rovnováhy mezi tvrdnutím a měknutím (tj. zotavením) a představuje většinu životnosti pružiny.

Terciální tečení: Rychlost deformace se prudce zvyšuje až do prasknutí. V praktických aplikacích momentových pružin není tento stupeň obecně povolen.

Dlouhodobé statické zatížení: Pro aplikace statického zatížení, které vyžadují udržení pevného úhlu po delší dobu, jako jsou ventilové pružiny nebo určité upínací mechanismy, je čas rozhodující. I při relativně nízkém namáhání a teplotě může kumulativní zatížení v průběhu let nebo dokonce desetiletí způsobit, že trvalé nastavení pružiny překročí tolerance.

4. Vliv mikrostruktury materiálu

Mikrostruktura a výrobní proces nerezového drátu mají rozhodující vliv na odolnost proti tečení.

Kalení za studena: Pružinový drát z nerezové oceli obvykle prochází vysokým procentem tažení za studena, aby se dosáhlo vysoké pevnosti. Vysoká hustota dislokací způsobených tvářením za studena zlepšuje odolnost proti tečení při pokojové teplotě. Nicméně, jak teplota stoupá, tyto dislokace se mohou začít zotavovat, což snižuje výkon relaxace stresu.

Precipitační kalení: Některé vysoce pevné nerezové oceli (jako je 17-7 PH Stainless Steel) využívají mechanizmus precipitačního kalení. Správné tepelné zpracování a stárnutí může tvořit jemné sraženiny, které účinně fixují dislokace a výrazně zlepšují odolnost proti tečení za zvýšené teploty.