Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến hiệu suất của lò xo xoắn bằng thép không gỉ như thế nào

Là một yếu tố phát hành và lưu trữ năng lượng quan trọng, lò xo xoắn bằng thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, điện tử ô tô, thiết bị y tế, máy móc công nghiệp và các ngành công nghiệp khác. Khi được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ cao, hiệu suất của chúng khác biệt đáng kể so với trong môi trường nhiệt độ bình thường. Nhiệt độ cao không chỉ thay đổi các tính chất vật lý của chính vật liệu, mà còn ảnh hưởng đến sự ổn định hình học và tuổi thọ dịch vụ của mùa xuân.

Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến tính chất cơ học của vật liệu
Giảm sức mạnh năng suất
Nhiệt độ cao sẽ làm giảm đáng kể cường độ năng suất của thép không gỉ. Lấy SUS304 làm ví dụ, cường độ năng suất ở nhiệt độ phòng (25 ° C) là khoảng 205 MPa. Khi nhiệt độ tăng lên 300 ° C, cường độ năng suất của nó có thể giảm xuống dưới 140 MPa. Điều này có nghĩa là lò xo có nhiều khả năng trải qua biến dạng dẻo dưới cùng tải và không thể lưu trữ năng lượng và hồi phục một cách hiệu quả.
Giảm mô đun đàn hồi
Các mô đun đàn hồi đại diện cho độ cứng của vật liệu. Trong điều kiện nhiệt độ cao, độ rung nhiệt của mạng kim loại được tăng cường và mô đun đàn hồi bị giảm, dẫn đến giảm đầu ra mô -men xoắn của lò xo trên một đơn vị dịch chuyển góc. Đối với các ứng dụng yêu cầu điều khiển mô-men xoắn có độ chính xác cao, chẳng hạn như cơ chế lắp ráp tự động hoặc hệ thống cảm biến chính xác, sự suy giảm hiệu suất này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các chức năng sản phẩm.
Hiện tượng creep được tăng cường
Trong môi trường nhiệt độ cao, thép không gỉ sẽ leo trong điều kiện căng thẳng liên tục lâu dài. Creep làm cho góc xoắn tăng dần mà không làm tăng lực bên ngoài, gây ra lỗi định vị cấu trúc hoặc thậm chí biến dạng vĩnh viễn. Đặc biệt trong điều kiện làm việc, nơi tải trọng liên tục và nhiệt độ làm việc tồn tại cùng một lúc, chẳng hạn như lò xo cửa lò công nghiệp và các thành phần tuabin, creep đặt ra một mối đe dọa nghiêm trọng đối với độ tin cậy của hệ thống.

Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến sự ổn định cấu trúc
Hiệu ứng mở rộng nhiệt
Thép không gỉ có hệ số giãn nở nhiệt lớn (khoảng 16 ~ 17 × 10⁻⁶/k) ở nhiệt độ cao. Độ dài, đường kính và khoảng cách cuộn dây của lò xo xoắn sẽ thay đổi ở nhiệt độ cao, ảnh hưởng đến độ chính xác của lắp ráp và giải phóng mặt bằng hoạt động, và có thể gây nhiễu, hao mòn hoặc thất bại.
Vấn đề thư giãn cấu trúc
Thép không gỉ có hiệu ứng thư giãn căng thẳng đáng kể ở nhiệt độ cao. Ngay cả khi mô -men xoắn ban đầu được đặt hợp lý, khi thời gian sử dụng tăng lên, ứng suất bên trong của vật liệu phát hành dần dần, dẫn đến giảm mô -men xoắn đầu ra của lò xo. Sự thư giãn này đặc biệt có ý nghĩa trên 250 ° C, điều này sẽ khiến lò xo xoắn mất khả năng quay dự kiến ​​và đặc biệt không phù hợp với các cấu trúc giữ tĩnh.
Quá trình oxy hóa và ăn mòn bề mặt
Bề mặt của thép không gỉ ở nhiệt độ cao dễ bị oxy hóa hơn. Ngay cả các vật liệu austenit, chẳng hạn như SUS316 hoặc SUS304, cũng có thể hình thành thang đo oxit đáng kể trên 400 ° C, làm giảm khả năng chống ăn mòn và cường độ bề mặt, do đó làm tăng tốc độ hình thành các vicrocracks và ảnh hưởng đến hiệu suất mệt mỏi.

Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến tuổi thọ mệt mỏi
Giới hạn mệt mỏi giảm
Nhiệt độ cao tăng cường hành vi trượt kính hiển vi của vật liệu, làm cho cấu trúc mạng tinh thể dễ bị gãy mỏi hơn. Dưới cùng một tải trọng theo chu kỳ, tuổi thọ mỏi của lò xo bằng thép không gỉ ở nhiệt độ cao thấp hơn nhiều so với nhiệt độ phòng. Đối với mỗi lần tăng nhiệt độ 50 ° C, tuổi thọ mỏi có thể giảm hơn 20%.
Hiện tượng mệt mỏi nhiệt
Trong một môi trường có nhiều điều kiện nóng và lạnh xen kẽ, lò xo bằng thép không gỉ dễ bị nứt nhiệt. Sự giãn nở nhiệt lặp đi lặp lại và sự co lại hình thành các khu vực nồng độ ứng suất ở bề mặt rễ, uốn cong hoặc tiếp xúc của lò xo, cuối cùng kích hoạt sự mở rộng của các vicrocracks và dẫn đến sự cố gãy xương.
Tăng tốc độ tăng trưởng vết nứt
Nhiệt độ cao làm cho các vicrocracks phát triển nhanh hơn, đặc biệt là ở các lò xo với các khiếm khuyết ban đầu hoặc dấu hiệu xử lý không đều. Tốc độ tăng trưởng vết nứt ở nhiệt độ cao có thể tăng 2 đến 5 lần, rút ​​ngắn đáng kể tuổi thọ dịch vụ.