Những phương pháp nào có thể được sử dụng để giảm hoặc loại bỏ ứng suất dư trong lò xo thép không gỉ trong quá trình thiết kế và sản xuất

Ứng suất dư là một vấn đề phổ biến và quan trọng trong quá trình sản xuất lò xo thép không gỉ . Nó chủ yếu bắt nguồn từ dòng chảy không đồng đều của vật liệu trong quá trình biến dạng dẻo. Khi dây thép không gỉ bị uốn cong và quấn thành hình lò xo, vật liệu bên ngoài bị kéo căng trong khi vật liệu bên trong bị nén. Sự biến dạng không đồng đều này dẫn đến sự tích tụ các ứng suất bên trong vẫn tồn tại ngay cả sau khi loại bỏ ngoại lực.

Ứng suất dư có tác động tiêu cực trực tiếp và đáng kể đến hiệu suất của lò xo thép không gỉ. Đầu tiên, nó làm giảm giới hạn đàn hồi của lò xo, gây biến dạng vĩnh viễn trước khi đạt đến tải trọng thiết k. Thứ hai, ứng suất dư làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi, khiến lò xo bị hỏng sớm sau các chu kỳ tải lặp đi lặp lại. Nghiêm trọng hơn, trong một số môi trường ăn mòn nhất định, ứng suất dư có thể trở thành tác nhân gây ra vết nứt do ăn mòn ứng suất (SCC), dẫn đến gãy giòn đột ngột. Do đó, việc giảm hoặc loại bỏ ứng suất dư một cách hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy cao và tuổi thọ cao của lò xo thép không g.

Xử lý nhiệt: Công nghệ cốt lõi để loại bỏ ứng suất dư

Xử lý nhiệt là phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất để giảm hoặc loại bỏ ứng suất dư trong lò xo thép không g. Nguyên tắc cơ bản là làm nóng lò xo đến một nhiệt độ cụ thể và giữ nó ở đó, cho phép các nguyên tử bên trong vật liệu có đủ năng lượng để sắp xếp lại, từ đó giải phóng và phân phối lại ứng suất do gia công nguội gây ra.

1. Nhiệt độ thấp (Giảm căng thẳng):

Đây là phương pháp xử lý nhiệt giảm căng thẳng phổ biến nhất. Đối với thép không gỉ martensitic (như 420 và 440°C) và thép không gỉ austenit (như 302 và 304), điều này thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn.

Thép không gỉ Austenitic (302, 304 và 316): Nhiệt độ ủ giảm ứng suất lý tưởng thường nằm trong khoảng từ 340°C đến 450°C. Trong phạm vi nhiệt độ này, vật liệu không trải qua quá trình biến đổi pha, nhưng chuyển động nhiệt của các nguyên tử đủ để giải phóng hầu hết các ứng suất bên trong. Nhiệt độ cao có thể làm cho cacbua kết tủa ở ranh giới hạt, giảm khả năng chống ăn mòn, vì vậy kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt là điều cần thiết.

Thép không gỉ Martensitic (410, 420 và 431): Những lò xo này thường được tôi luyện sau khi tôi và việc kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng. Nhiệt độ ủ giảm ứng suất thường nằm trong khoảng 250-400°C, giảm ứng suất dư một cách hiệu quả trong khi vẫn duy trì độ cứng và độ bền cần thiết.

2. Điều trị giải pháp và lão hóa:

Đối với thép không gỉ làm cứng kết tủa (như 17-7PH và 15-5PH), độ bền cuối cùng của chúng phụ thuộc vào việc xử lý lão hóa. Trước khi hình thành, dây thường ở dạng dung dịch, dẫn đến độ dẻo tốt. Sau khi hình thành, lão hóa không chỉ cho phép giai đoạn kết tủa tăng cường sức mạnh mà còn loại bỏ hiệu quả căng thẳng còn sót lại. Quá trình này xảy ra đồng thời.

Xử lý cơ học: Cải thiện tính chất bề mặt và phân phối ứng suất

Ngoài xử lý nhiệt, một số phương pháp cơ học nhất định cũng có thể cải thiện hiệu quả trạng thái ứng suất của lò xo, đặc biệt là ứng suất dư bề mặt.

1. Bắn Peening:

Bắn peening liên quan đến việc sử dụng các tia tốc độ cao của các hạt thép hoặc gốm nhỏ để tác động lên bề mặt lò xo, tạo ra lớp ứng suất nén.

Nguyên lý: Ứng suất nén tạo ra bởi quá trình mài bắn có thể bù đắp ứng suất dư kéo trên bề mặt. Vì các vết nứt mỏi thường bắt đầu từ bề mặt, lớp ứng suất nén này có thể cản trở hiệu quả sự lan truyền vết nứt, cải thiện đáng kể tuổi thọ mỏi của lò xo.

Ứng dụng: Phun bi đặc biệt thích hợp cho các lò xo chịu tải trọng tuần hoàn cao hoặc điều kiện vận hành khắc nghiệt, chẳng hạn như lò xo van động cơ ô tô và lò xo quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ.

2. Dự ứng lực:

Dự ứng lực, còn được gọi là "nén" hoặc "cài đặt", là một phương pháp để chủ động loại bỏ ứng suất dư.

Nguyên tắc: Sau khi lò xo được sản xuất, một lực nén hoặc xoắn vượt quá tải thiết kế của nó được áp dụng cho nó, gây ra một biến dạng dẻo vĩnh viễn nh. Quá trình này phân phối lại ứng suất trong lò xo, tạo ra ứng suất dư theo hướng ngược lại với tải làm việc sau khi tải được loại bỏ.

Tác dụng: Ứng suất dư đảo ngược này có thể bù đắp một số ứng suất làm việc, giảm mức ứng suất trong sử dụng thực tế, từ đó cải thiện khả năng chịu tải và khả năng chống mỏi của lò xo.

Kiểm soát quá trình và lựa chọn vật liệu

Kiểm soát việc tạo ra ứng suất dư tại nguồn cũng rất quan trọng.

Chọn đúng dây: Chọn dây thép không gỉ đồng nhất, chất lượng cao là điều cần thiết. Quá trình kéo nguội hoặc cán nguội không đúng cách có thể gây ra ứng suất bên trong quá mức.

Tối ưu hóa quá trình hình thành: Điều chỉnh các thông số máy cuộn, chẳng hạn như tốc độ cuộn dây và tốc độ nạp, có thể đạt được biến dạng vật liệu đồng đều hơn. Thiết bị CNC tiên tiến có thể kiểm soát chính xác hơn quá trình hình thành, giảm biến dạng không đồng đều.

Kiểm soát quy trình chính xác: Từ dây vào nhà máy đến xử lý nhiệt cuối cùng, cần phải kiểm soát thông số quy trình nghiêm ngặt ở mọi giai đoạn. Ví dụ, độ đồng đều nhiệt độ của lò xử lý nhiệt, tốc độ tăng tốc và giảm tốc độ cũng như thời gian giữ phải được theo dõi chính xác.