Comment la température élevée affecte-t-elle les performances des ressorts de torsion en acier inoxydable

En tant qu'élément important de stockage d'énergie et de libération, ressorts de torsion en acier inoxydable sont largement utilisés dans l'aérospatiale, l'électronique automobile, les équipements médicaux, les machines industrielles et d'autres industries. Lorsqu'elles sont utilisées dans des conditions de température élevée, leurs performances sont significativement différentes de celles des environnements de température normaux. Une température élevée modifie non seulement les propriétés physiques du matériau lui-même, mais affecte également la stabilité géométrique et la durée de vie du printemps.

Effet de la température élevée sur les propriétés mécaniques des matériaux
Diminution de la limite d'élasticité
La température élevée réduira considérablement la limite d'élasticité de l'acier inoxydable. Prenant l'exemple de SUS304, la limite d'élasticité à température ambiante (25 ° C) est d'environ 205 MPa. Lorsque la température monte à 300 ° C, sa limite d'élasticité peut chuter à moins de 140 MPa. Cela signifie que le ressort est plus susceptible de subir une déformation plastique sous la même charge et ne peut pas stocker efficacement l'énergie et le rebond.
Module élastique réduit
Le module élastique représente la rigidité du matériau. Dans des conditions à haute température, la vibration thermique du réseau métallique est améliorée et le module élastique est réduit, entraînant une diminution de la sortie de couple du déplacement angulaire par unité par unité. Pour les applications qui nécessitent un contrôle de couple de haute précision, telles que les mécanismes d'assemblage automatiques ou les systèmes de détection de précision, cette dégradation des performances affectera directement les fonctions du produit.
Le phénomène de fluage est amélioré
Dans un environnement à haute température, l'acier inoxydable se glissera dans des conditions de contrainte continue à long terme. Le fluage fait augmenter progressivement l'angle de torsion sans augmenter la force externe, provoquant des erreurs de positionnement structurelles ni même une déformation permanente. En particulier dans les conditions de travail où la charge continue et la température de travail existent en même temps, comme les ressorts de porte industriels et les composants de la turbine, le fluage constitue une menace sérieuse pour la fiabilité du système.

Effet de la température élevée sur la stabilité structurelle
Effet d'expansion thermique
L'acier inoxydable a un grand coefficient de dilatation thermique (environ 16 ~ 17 × 10⁻⁶ / k) à des températures élevées. La longueur, le diamètre et l'écart de bobine du ressort de torsion changeront à des températures élevées, affectant la précision de l'assemblage et la clairance de travail, et peuvent provoquer un brouillage, une usure ou une défaillance.
Problème de relaxation structurelle
L'acier inoxydable a un effet de relaxation de contrainte significatif à des températures élevées. Même si le couple initial est réglé raisonnablement, à mesure que le temps d'utilisation augmente, la contrainte interne du matériau se libére progressivement, entraînant une diminution du couple de sortie du ressort. Cette relaxation est particulièrement significative au-dessus de 250 ° C, ce qui entraînera la perte de capacité de rotation attendue de la capture de rotation attendue, et est particulièrement inadapté aux structures de maintien statique.
Risque d'oxydation de la surface et de corrosion
La surface de l'acier inoxydable à haute température est plus sensible à l'oxydation. Même les matériaux austénitiques, tels que SUS316 ou SUS304, peuvent former une échelle d'oxyde significative supérieure à 400 ° C, réduisant sa résistance à la corrosion et sa résistance de surface, accélérant ainsi la formation de microfissures et affectant les performances de fatigue.

Effet de la température élevée sur la durée de vie de la fatigue
La limite de fatigue diminue
Une température élevée intensifie le comportement de glissement microscopique du matériau, ce qui rend la structure du réseau plus sensible à la fracture de la fatigue. Sous la même charge cyclique, la durée de vie de fatigue des ressorts en acier inoxydable à haute température est beaucoup plus faible que celle à température ambiante. Pour chaque augmentation de 50 ° C de la température, la durée de vie de la fatigue peut diminuer de plus de 20%.
Phénomène de fatigue thermique
Dans un environnement avec de multiples affections chaudes et froides alternées, les ressorts en acier inoxydable sont sujets à la fissuration de la fatigue thermique. La dilatation thermique et la contraction répétées forment des zones de concentration de contrainte à la racine, au pliage ou à la surface de contact du ressort, ce qui déclenche finalement l'expansion des microfissures et entraîne une défaillance de fracture.
Augmentation du taux de croissance des fissures
La température élevée fait croître les microfissures plus rapidement, en particulier dans les ressorts avec des défauts initiaux ou des marques de traitement irrégulières. Le taux de croissance des fissures à haute température peut augmenter de 2 à 5 fois, raccourcissant considérablement la durée de vie.