كيف تؤثر درجة الحرارة العالية على أداء نوابض التواء الفولاذ المقاوم للصدأ

كعنصر مهم لتخزين الطاقة وإصداره ، الينابيع التواء الفولاذ المقاوم للصدأ تستخدم على نطاق واسع في الفضاء ، وإلكترونيات السيارات ، والمعدات الطبية ، والآلات الصناعية وغيرها من الصناعات. عند استخدامها في ظل ظروف درجة الحرارة المرتفعة ، يختلف أدائها بشكل كبير عن تلك الموجودة في بيئات درجة الحرارة العادية. لا تؤثر درجة الحرارة العالية فقط على الخصائص الفيزيائية للمادة نفسها ، ولكنها تؤثر أيضًا على الاستقرار الهندسي وعمر الخدمة في الربيع.

تأثير درجة الحرارة العالية على الخواص الميكانيكية للمواد
انخفاض في قوة العائد
درجة الحرارة المرتفعة ستقلل بشكل كبير من قوة الغلة من الفولاذ المقاوم للصدأ. أخذ SUS304 كمثال ، تبلغ قوة العائد في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) حوالي 205 ميجا باسكال. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 300 درجة مئوية ، قد تنخفض قوة العائد إلى أقل من 140 ميجا باسكال. هذا يعني أن الربيع من المرجح أن يخضع للتشوه البلاستيكي تحت نفس الحمل ولا يمكنه تخزين الطاقة والارتداد بشكل فعال.
انخفاض معامل مرنة
يمثل المعامل المرن صلابة المادة. في ظل ظروف درجة الحرارة العالية ، يتم تعزيز الاهتزاز الحراري للشبكة المعدنية ويتم تقليل المعامل المرن ، مما يؤدي إلى انخفاض في ناتج عزم الدوران في الزنبرك لكل وحدة زاوية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب التحكم في عزم الدوران عالي الدقة ، مثل آليات التجميع التلقائية أو أنظمة الاستشعار الدقيقة ، فإن تدهور الأداء هذا سيؤثر بشكل مباشر على وظائف المنتج.
تم تعزيز ظاهرة الزحف
في بيئة درجات الحرارة العالية ، سوف يتسلل الفولاذ المقاوم للصدأ في ظل ظروف الإجهاد المستمرة على المدى الطويل. يتسبب الزحف في زيادة زاوية الالتواء تدريجياً دون زيادة القوة الخارجية ، مما تسبب في أخطاء تحديد المواقع الهيكلية أو حتى تشوه دائم. لا سيما في ظروف العمل التي توجد فيها الحمل المستمر ودرجة حرارة العمل في نفس الوقت ، مثل نوابض باب الفرن الصناعية ومكونات التوربينات ، يشكل الزحف تهديدًا خطيرًا لموثونة النظام.

تأثير ارتفاع درجة الحرارة على الاستقرار الهيكلي
تأثير التمدد الحراري
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على معامل تمدد حراري كبير (حوالي 16 ~ 17 × 10⁻⁶/K) في درجات حرارة عالية. سوف يتغير طول الفجوة والقطر واللف لفائف ربيع الالتواء في درجات حرارة عالية ، مما يؤثر على دقة التجميع وتخليص العمل ، وقد يسبب التشويش أو التآكل أو الفشل.
مشكلة الاسترخاء الهيكلي
الفولاذ المقاوم للصدأ له تأثير كبير على استرخاء الإجهاد في درجات حرارة عالية. حتى إذا تم تعيين عزم الدوران الأولي بشكل معقول ، مع زيادة وقت الاستخدام ، فإن الإجهاد الداخلي للمادة يطلق تدريجياً ، مما يؤدي إلى انخفاض في عزم الدوران في الربيع. هذا الاسترخاء مهم بشكل خاص فوق 250 درجة مئوية ، مما سيؤدي إلى فقدان ربيع الالتواء قدرته على الدوران المتوقع ، وهو غير مناسب بشكل خاص للهياكل الساكنة.
أكسدة السطح ومخاطر التآكل
سطح الفولاذ المقاوم للصدأ في درجة حرارة عالية أكثر عرضة للأكسدة. حتى المواد الأوستنية ، مثل SUS316 أو SUS304 ، قد تشكل مقياسًا كبيرًا لأكسيد أعلى من 400 درجة مئوية ، مما يقلل من مقاومة التآكل وقوتها السطحية ، وبالتالي تسريع تكوين microcracks والتأثير على أداء التعب.

تأثير ارتفاع درجة الحرارة على حياة التعب
الحد من التعب ينخفض
ارتفاع درجة الحرارة تكثف السلوك الانزلاق المجهري للمادة ، مما يجعل بنية الشبكة أكثر عرضة لكسر التعب. تحت نفس الحمل الدوري ، تكون عمر التعب من الينابيع من الفولاذ المقاوم للصدأ في درجة حرارة عالية أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة. لكل 50 درجة مئوية في درجة الحرارة ، قد تنخفض عمر التعب بأكثر من 20 ٪.
ظاهرة التعب الحراري
في بيئة ذات ظروف حارة وباردة متعددة ، تكون نوابض الفولاذ المقاوم للصدأ عرضة لتكسير التعب الحراري. تمدد التوسع الحراري المتكرر وتشكيل مناطق تركيز الإجهاد في الجذر أو الانحناء أو سطح التلامس في الزنبرك ، مما يؤدي في النهاية إلى توسيع الميكروكرات ويؤدي إلى فشل الكسر.
زيادة معدل نمو الكراك
يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى نمو microcracks بشكل أسرع ، خاصة في الينابيع مع العيوب الأولية أو علامات المعالجة غير المنتظمة. يمكن أن يزداد معدل نمو الكراك في درجة حرارة عالية بمقدار 2 إلى 5 مرات ، مما يؤدي إلى تقصير عمر الخدمة بشكل كبير .