วิธีการใดบ้างที่สามารถใช้เพื่อลดหรือขจัดความเค้นตกค้างในสปริงสแตนเลสในระหว่างการออกแบบและการผลิต

ความเครียดที่ตกค้างเป็นปัญหาทั่วไปและสําคัญในกระบวนการผลิตของ สปริงสแตนเลส ● สาเหตุหลักมาจากการไหลของวัสดุที่ไม่สม่ําเสมอระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติก เมื่อลวดสแตนเลสโค้งงอและพันเป็นรูปทรงสปริง วัสดุด้านนอกจะถูกยืดออกในขณะที่วัสดุด้านในถูกบีบอัด การเสียรูปที่ไม่สม่ําเสมอนี้นําไปสู่การสะสมของความเค้นภายในที่ยังคงมีอยู่แม้ว่าแรงภายนอกจะถูกกําจัดออกไปแล้วก็ตาม

ความเค้นตกค้างมีผลกระทบเชิงลบโดยตรงและสําคัญต่อประสิทธิภาพของสปริงสแตนเลส ขั้นแรก จะช่วยลดขีดจํากัดความยืดหยุ่นของสปริง ทําให้เกิดการเสียรูปถาวรก่อนที่จะถึงภาระการออกแบบ ประการที่สอง ความเค้นตกค้างช่วยลดอายุการใช้งานความล้าได้อย่างมาก ทําให้สปริงล้มเหลวก่อนเวลาอันควรหลังจากรอบการโหลดซ้ํา ที่ร้ายแรงกว่านั้น ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนบางชนิด ความเค้นตกค้างอาจกลายเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC) ซึ่งนําไปสู่การแตกหักแบบเปราะอย่างกะทันหัน ดังนั้นการลดหรือขจัดความเค้นตกค้างอย่างมีประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งสําคัญในการรับประกันความน่าเชื่อถือสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนานของสปริงสแตนเลส

การรักษาความร้อน: เทคโนโลยีหลักในการขจัดความเครียดที่ตกค้าง

การอบชุบด้วยความร้อนเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปและมีประสิทธิภาพในการลดหรือขจัดความเค้นตกค้างในสปริงสแตนเลส หลักการพื้นฐานคือการให้ความร้อนสปริงจนถึงอุณหภูมิที่กําหนดและยึดไว้ตรงนั้น เพื่อให้อะตอมภายในวัสดุได้รับพลังงานเพียงพอที่จะจัดเรียงใหม่ จึงปล่อยและกระจายความเครียดที่เกิดจากการทํางานเย็นอีกครั้ง

1 อารมณ์ต่ํา (คลายเครียด):

นี่เป็นวิธีการบําบัดความร้อนเพื่อบรรเทาความเครียดที่พบบ่อยที่สุด สําหรับเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก (เช่น 420 และ 440°C) และเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (เช่น 302 และ 304) โดยทั่วไปจะดําเนินการที่อุณหภูมิต่ํากว่า

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (302, 304 และ 316): อุณหภูมิการแบ่งเบาบรรเทาความเครียดในอุดมคติโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 340°C ถึง 450°C ภายในช่วงอุณหภูมินี้ วัสดุจะไม่ผ่านการเปลี่ยนเฟส แต่การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมก็เพียงพอที่จะปล่อยความเครียดภายในส่วนใหญ่ อุณหภูมิสูงอาจทําให้คาร์ไบด์ตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรน ลดความต้านทานการกัดกร่อน ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวดจึงเป็นสิ่งจําเป็น

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก (410, 420 และ 431): โดยทั่วไปสปริงเหล่านี้จะถูกทําให้เย็นลงหลังจากการดับ และการควบคุมอุณหภูมิเป็นสิ่งสําคัญ โดยทั่วไปอุณหภูมิการบรรเทาความเครียดจะอยู่ระหว่าง 250-400°C ซึ่งช่วยลดความเครียดตกค้างได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ยังคงความแข็งและความแข็งแรงที่ต้องการไว้

2 การรักษาสารละลายและการแก่ชรา:

สําหรับเหล็กกล้าไร้สนิมที่ชุบแข็งด้วยการตกตะกอน (เช่น 17-7PH และ 15-5PH) ความแข็งแรงสูงสุดขึ้นอยู่กับการบ่ม ก่อนขึ้นรูป ลวดมักจะอยู่ในสารละลาย ส่งผลให้มีความเหนียวที่ดี หลังจากการขึ้นรูป การเสื่อมสภาพไม่เพียงแต่ช่วยให้ระยะการตกตะกอนเพิ่มความแข็งแรง แต่ยังขจัดความเครียดที่ตกค้างได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย กระบวนการนี้เกิดขึ้นพร้อมกัน

การรักษาทางกล: การปรับปรุงคุณสมบัติของพื้นผิวและการกระจายความเครียด

นอกเหนือจากการบําบัดความร้อนแล้ว วิธีการทางกลบางอย่างยังสามารถปรับปรุงสถานะความเค้นของสปริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเค้นตกค้างที่พื้นผิว

1 การขัดผิวด้วยช็อต:

การขัดผิวด้วยการยิงเกี่ยวข้องกับการใช้ไอพ่นความเร็วสูงที่ทําจากเหล็กหรือเม็ดเซรามิกขนาดเล็กเพื่อกระแทกพื้นผิวสปริง ทําให้เกิดชั้นความเค้นอัด

หลักการ: ความเค้นอัดที่เกิดจากการขัดผิวด้วยการยิงสามารถชดเชยความเค้นตกค้างจากแรงดึงบนพื้นผิวได้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วรอยแตกเมื่อยล้าจะเริ่มจากพื้นผิว ชั้นความเค้นอัดนี้สามารถขัดขวางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยปรับปรุงอายุการใช้งานความล้าของสปริงได้อย่างมาก

การใช้งาน: การยิงระเบิดเหมาะอย่างยิ่งสําหรับสปริงที่ต้องรับแรงเป็นรอบสูงหรือสภาวะการทํางานที่รุนแรง เช่น สปริงวาล์วเครื่องยนต์ของยานยนต์และสปริงที่สําคัญในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

2 การอัดแรง:

การอัดแรงหรือที่เรียกว่า "การอัดแน่น" หรือ "การตั้งค่า" เป็นวิธีการกําจัดความเครียดที่ตกค้างอย่างแข็งขัน

หลักการ: หลังจากผลิตสปริงแล้ว แรงอัดหรือแรงบิดที่เกินภาระการออกแบบจะถูกนําไปใช้กับสปริง ทําให้เกิดการเสียรูปพลาสติกถาวรเล็กน้อย กระบวนการนี้จะกระจายความเค้นภายในสปริงอีกครั้ง ทําให้เกิดความเค้นตกค้างในทิศทางตรงกันข้ามกับภาระการทํางานหลังจากถอดโหลดออกแล้ว

ผลกระทบ: ความเค้นตกค้างแบบย้อนกลับนี้สามารถชดเชยความเค้นในการทํางานบางส่วน ลดระดับความเค้นในการใช้งานจริง จึงปรับปรุงความสามารถในการรับน้ําหนักของสปริงและความต้านทานต่อความล้า

การควบคุมกระบวนการและการเลือกวัสดุ

การควบคุมการสร้างความเค้นตกค้างที่แหล่งกําเนิดก็มีความสําคัญเช่นกัน

การเลือกลวดที่เหมาะสม: การเลือกลวดสแตนเลสคุณภาพสูงและสม่ําเสมอเป็นสิ่งสําคัญ การดึงเย็นที่ไม่เหมาะสมหรือกระบวนการรีดเย็นอาจทําให้เกิดความเครียดภายในมากเกินไป

การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการขึ้นรูป: การปรับพารามิเตอร์เครื่องม้วนเช่นความเร็วในการม้วนและอัตราการป้อนสามารถบรรลุการเปลี่ยนรูปวัสดุที่สม่ําเสมอมากขึ้น อุปกรณ์ซีเอ็นซีขั้นสูงสามารถควบคุมกระบวนการขึ้นรูปได้แม่นยํายิ่งขึ้นลดการเสียรูปที่ไม่สม่ําเสมอ

การควบคุมกระบวนการที่แม่นยํา: ตั้งแต่ลวดเข้าสู่โรงงานไปจนถึงการบําบัดความร้อนขั้นสุดท้ายจําเป็นต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการที่เข้มงวดในทุกขั้นตอน ตัวอย่างเช่น ต้องตรวจสอบความสม่ําเสมอของอุณหภูมิของเตาบําบัดความร้อน อัตราการเพิ่มและลด และเวลาในการคงค้างอย่างแม่นยํา