Kako visoka temperatura utječe na performanse izvora torzije od nehrđajućeg čelika

Kao važan element skladištenja i oslobađanja energije, Torzijski izvori od nehrđajućeg čelika široko se koriste u zrakoplovnoj, automobilskoj elektronici, medicinskoj opremi, industrijskim strojevima i drugim industrijama. Kada se koriste u uvjetima visoke temperature, njihova se performanse značajno razlikuju od one u normalnim temperaturnim okruženjima. Visoka temperatura ne samo da mijenja fizička svojstva samog materijala, već utječe i na geometrijsku stabilnost i radni vijek opruge.

Učinak visoke temperature na mehanička svojstva materijala
Smanjenje čvrstoće prinosa
Visoka temperatura značajno će smanjiti čvrstoću prinosa od nehrđajućeg čelika. Uzimajući SUS304 kao primjer, čvrstoća prinosa na sobnoj temperaturi (25 ° C) je oko 205 MPa. Kad se temperatura poveća na 300 ° C, njegova čvrstoća prinosa može pasti na ispod 140 MPa. To znači da je veća vjerojatnost da će opruga proći plastičnu deformaciju pod istim opterećenjem i ne može učinkovito pohraniti energiju i oporavak.
Smanjeni elastični modul
Elastični modul predstavlja krutost materijala. U uvjetima visoke temperature pojačana je toplinska vibracija metalne rešetke i smanjuje se elastični modul, što rezultira smanjenjem izlaza zakretnog momenta iz opruge po jedinici kutnog pomaka. Za aplikacije koje zahtijevaju visoko precizno upravljanje okretnim momentom, kao što su automatski mehanizmi sastavljanja ili precizni senzorski sustavi, ova degradacija performansi izravno će utjecati na funkcije proizvoda.
Pojačana je pojava puzanja
U okruženju s visokim temperaturama, nehrđajući čelik će se puzati u dugoročnim uvjetima kontinuiranog stresa. Puzanje uzrokuje da se torzijski kut postupno povećava bez povećanja vanjske sile, uzrokujući pogreške u strukturnom položaju ili čak trajnu deformaciju. Osobito u radnim uvjetima u kojima postoje kontinuirano opterećenje i radna temperatura istovremeno, kao što su opruge vrata industrijske peći i komponente turbine, puzanje predstavlja ozbiljnu prijetnju pouzdanosti sustava.

Učinak visoke temperature na strukturnu stabilnost
Efekt toplinske ekspanzije
Nehrđajući čelik ima veliki koeficijent toplinske ekspanzije (oko 16 ~ 17 × 10⁻⁶/k) na visokim temperaturama. Dužina, promjera i zavojnica torzije prostirke će se promijeniti pri visokim temperaturama, što utječe na točnost sklopa i radno zazor, a može uzrokovati zaglavlje, habanje ili kvar.
Problem s strukturalnim opuštanjem
Nehrđajući čelik ima značajan učinak opuštanja stresa na visokim temperaturama. Čak i ako je početni moment postavljen razumno, kako se vrijeme upotrebe povećava, unutarnji napon materijala postupno se oslobađa, što rezultira smanjenjem izlaznog okretnog momenta opruge. Ovo je opuštanje posebno značajno iznad 250 ° C, što će uzrokovati da torzijska opruga izgubi očekivanu sposobnost rotacije, a posebno je neprikladna za statičke strukture držanja.
Površinska oksidacija i rizik od korozije
Površina nehrđajućeg čelika na visokoj temperaturi osjetljivija je na oksidaciju. Čak i austenitni materijali, poput SUS316 ili SUS304, mogu tvoriti značajnu oksidnu ljestvicu iznad 400 ° C, smanjujući njegovu otpornost na koroziju i čvrstoću površine, ubrzavajući stvaranje mikropukotina i utječući na performanse umora.

Učinak visoke temperature na život umora
Ograničenje umora smanjuje
Visoka temperatura pojačava mikroskopsko proklizavanje materijala, čineći strukturu rešetke osjetljivijom na lom umora. Pod istim cikličkim opterećenjem, vijek umora opruga od nehrđajućeg čelika na visokoj temperaturi mnogo je niži od onog na sobnoj temperaturi. Za svaki porast temperature od 50 ° C, vijek umora može se smanjiti za više od 20%.
Fenomen toplinskog umora
U okruženju s višestrukim naizmjeničnim vrućim i hladnim uvjetima, opruge od nehrđajućeg čelika skloni su pucanju toplinskog umora. Ponovljeno toplinsko širenje i kontrakcija tvore područja koncentracije naprezanja na korijenu, savijanju ili kontaktnoj površini opruge, što na kraju pokreće širenje mikropukotina i dovodi do kvara loma.
Povećana stopa rasta pukotina
Visoka temperatura uzrokuje brže rast mikropukotina, posebno u oprugama s početnim oštećenjima ili nepravilnim tragovima za obradu. Stopa rasta pukotina na visokoj temperaturi može se povećati za 2 do 5 puta, znatno skraćujući radni vijek.