از چه روش هایی می توان برای کاهش یا حذف تنش پسماند در فنرهای فولادی ضد زنگ در حین طراحی و ساخت استفاده کرد

تنش باقیمانده یک مسئله رایج و حیاتی در فرآیند تولید است فنرهای فولادی ضد زنگ . در درجه اول از جریان ناهموار مواد در طول تغییر شکل پلاستیک ناشی می شود. هنگامی که سیم فولادی ضد زنگ خم می شود و به شکل بهار پیچیده می شود، مواد بیرونی کشیده می شود در حالی که مواد داخلی فشرده می شود. این تغییر شکل ناهموار منجر به تجمع تنش های داخلی می شود که حتی پس از حذف نیروی خارجی نیز ادامه می یابد.

تنش پسماند تاثیر منفی مستقیم و قابل توجهی بر عملکرد فنرهای فولادی ضد زنگ دارد. اول، حد الاستیک فنر را کاهش می دهد و باعث تغییر شکل دائمی قبل از رسیدن به بار طراحی می شود. دوم، تنش پسماند به طور قابل توجهی عمر خستگی را کاهش می دهد و باعث می شود فنر پس از چرخه های بارگذاری مکرر زودتر از موعد از کار بیفتد. به طور جدی تر، در محیط های خورنده خاص، تنش پسماند می تواند به محرکی برای ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی (SCC) تبدیل شود که منجر به شکستگی ناگهانی شکننده می شود. بنابراین، به طور موثر کاهش یا حذف تنش پسماند برای اطمینان از قابلیت اطمینان بالا و عمر طولانی چشمه های فولادی ضد زنگ بسیار مهم است.

عملیات حرارتی: فناوری اصلی برای از بین بردن تنش پسماند

عملیات حرارتی رایج ترین و موثرترین روش برای کاهش یا از بین بردن تنش پسماند در فنرهای فولادی ضد زنگ است. اصل اساسی این است که فنر را تا دمای خاصی گرم کنید و آن را در آنجا نگه دارید و به اتم های درون ماده اجازه دهید انرژی کافی برای بازآرایی به دست آورند و در نتیجه تنش ناشی از کار سرد را آزاد و دوباره توزیع کنند.

1. کم اعتدال (تسکین استرس):

این رایج ترین روش عملیات حرارتی کاهش استرس است. برای فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی (مانند 420 و 440°C) و فولادهای زنگ نزن آستنیتی (مانند 302 و 304)، این معمولاً در دمای پایین تری انجام می شود.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی (302، 304، و 316): دمای تلطیف تنش زدایی ایده آل معمولاً بین 340°C و 450°C است. در این محدوده دما، ماده تحت تبدیل فاز قرار نمی گیرد، اما حرکت حرارتی اتم ها برای آزاد کردن بیشتر تنش های داخلی کافی است. دماهای بالا می تواند باعث رسوب کاربیدها در مرزهای دانه شود و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد، بنابراین کنترل دقیق دما ضروری است.

فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی (410، 420 و 431): این فنرها معمولاً پس از خاموش شدن تمپر می شوند و کنترل دما بسیار مهم است. دمای تلطیف تنش زدایی معمولاً بین 250-400°C است که به طور موثر تنش پسماند را کاهش می دهد و در عین حال سختی و استحکام مورد نیاز را حفظ می کند.

2. راه حل درمان و پیری:

برای فولادهای زنگ نزن سخت کننده بارش (مانند 17-7PH و 15-5PH)، استحکام نهایی آنها به درمان پیری بستگی دارد. قبل از شکل گیری، سیم معمولاً در محلول است و در نتیجه شکل پذیری خوبی دارد. پس از شکل گیری، پیری نه تنها اجازه می دهد تا فاز بارش برای افزایش قدرت اما همچنین به طور موثر از بین بردن تنش پسماند. این فرآیند به طور همزمان رخ می دهد.

درمان مکانیکی: بهبود خواص سطحی و توزیع استرس

علاوه بر عملیات حرارتی، روشهای مکانیکی خاصی نیز میتوانند به طور موثر وضعیت تنش فنرها، بهویژه تنش پسماند سطح را بهبود بخشند.

1. شلیک گلوله:

شات پینینگ شامل استفاده از جت های با سرعت بالا از مهره های فولادی یا سرامیکی ریز برای ضربه زدن به سطح فنر و ایجاد یک لایه تنش فشاری است.

اصل: تنش فشاری ایجاد شده توسط شات پینینگ می تواند تنش پسماند کششی روی سطح را جبران کند. از آنجایی که ترک های خستگی معمولاً از سطح شروع می شوند، این لایه تنش فشاری می تواند به طور موثری مانع از انتشار ترک شود و عمر خستگی فنر را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

کاربرد: انفجار شات به ویژه برای فنرهایی که در معرض بارهای چرخه ای بالا یا شرایط عملیاتی شدید قرار دارند، مانند فنرهای سوپاپ موتور خودرو و فنرهای حیاتی در صنعت هوافضا مناسب است.

2. پیش تنیدگی:

پیش تنیدگی که به عنوان "فشرده سازی" یا "تنظیم" نیز شناخته می شود، روشی برای حذف فعال تنش پسماند است.

اصل: پس از ساخت فنر، نیروی فشاری یا پیچشی بیش از بار طراحی آن به آن وارد می شود که باعث تغییر شکل دائمی پلاستیک می شود. این فرآیند تنش را در داخل فنر توزیع می کند و پس از برداشتن بار، تنش پسماند را در جهت مخالف بار کاری ایجاد می کند.

اثر: این تنش پسماند معکوس می تواند مقداری از تنش کاری را جبران کند و سطح تنش را در استفاده واقعی کاهش دهد و در نتیجه ظرفیت باربری فنر و مقاومت در برابر خستگی را بهبود بخشد.

کنترل فرآیند و انتخاب مواد

کنترل تولید تنش پسماند در منبع نیز بسیار مهم است.

انتخاب سیم مناسب: انتخاب سیم فولادی ضد زنگ با کیفیت بالا و یکنواخت ضروری است. فرآیندهای کشش سرد یا نورد سرد نامناسب می تواند استرس داخلی بیش از حد ایجاد کند.

بهینه سازی فرآیند شکل دهی: تنظیم پارامترهای دستگاه سیم پیچ، مانند سرعت سیم پیچ و نرخ تغذیه، می تواند تغییر شکل یکنواخت تری را به مواد برساند. تجهیزات پیشرفته CNC می توانند با دقت بیشتری فرآیند شکل دهی را کنترل کنند و تغییر شکل ناهموار را کاهش دهند.

کنترل دقیق فرآیند: از سیم ورودی به کارخانه تا عملیات حرارتی نهایی، کنترل دقیق پارامتر فرآیند در هر مرحله مورد نیاز است. به عنوان مثال، یکنواختی دمای کوره عملیات حرارتی، نرخ شیب و شیب پایین و زمان نگهداری باید به طور دقیق نظارت شود.