În ce condiții va fi mai semnificativ fenomenul de fluaj al arcurilor de torsiune din oțel inoxidabil

Fluaj este deformarea plastică lentă și permanentă a unui material solid sub stres constant în timp. Pentru arcuri de torsiune din oțel inoxidabil , fluajul se manifestă ca o scădere treptată a cuplului de restabilire (cunoscută din punct de vedere tehnic sub denumirea de relaxare a tensiunii la deformare constantă) sau o creștere continuă a unghiului de deformare la sarcină constantă. Acest fenomen afectează direct precizia și fiabilitatea pe termen lung a arcului. Dintr-o perspectivă profesională, apariția semnificativă a fluajului în arcurile de torsiune din oțel inoxidabil este influențată în primul rând de efectele sinergice ale următorilor trei factori integrați.

1. Efectul de temperatură critică

Temperatura este factorul principal care determină dacă fluajul va apărea semnificativ. În timp ce fluajul are loc teoretic la orice temperatură, rata sa afectează în mod semnificativ aplicațiile de inginerie doar odată ce depășește un anumit prag.

Corelația punctului de topire: Teoria tradițională a materialului metalic sugerează că fluajul devine de obicei semnificativ cu aproximativ 0,4 Tm peste temperatura absolută de topire a materialului. Oțelurile inoxidabile (cum ar fi seria 300) au un punct de topire mai mare, dar deoarece firul arcului este supus unei solicitări ridicate, temperatura reală la care are loc curgerea este mult mai mică.

Temperatura de serviciu din oțel inoxidabil: în general, temperatura maximă de serviciu recomandată pentru un arc de cuplu pentru oțelurile inoxidabile austenitice standard (cum ar fi SUS 304 sau 302) este de aproximativ 250°C până la 300°C.

Când temperatura de lucru este sub 100°C, rata de fluaj este extrem de scăzută și poate fi ignorată.

Când temperatura de lucru depășește 150°C, în special în intervalul de 200°C până la 300°C, mișcarea de dislocare și difuzia vacante în interiorul oțelului inoxidabil sunt activate de energia termică, accelerând deformarea plastică și determinând ca curajul să devină vizibil.

2. Efectul catalitic al nivelurilor ridicate de stres

În aceleași condiții de temperatură, nivelurile de stres aplicate sunt forța motrice principală care accelerează fluajul. Pentru arcurile de torsiune, această solicitare se referă în mod specific la efortul de încovoiere.

Tensiune și rezistență la curgere: fluajul este unic prin faptul că apare la niveluri de tensiune mult sub limita de curgere a materialului. Cu toate acestea, cu cât tensiunea se apropie mai mult de limita elastică, cu atât rata de fluaj este mai mare.

Proiectarea arcului: La proiectarea unui arc de torsiune, dacă efortul maxim de lucru depășește un procent critic din limita proporțională a materialului din oțel inoxidabil (de exemplu, 60% sau 70%), fluajul se poate acumula pe o perioadă îndelungată, generând o instabilitate dimensională semnificativă, chiar și la temperatura camerei. Stresul ridicat oferă energia de activare necesară pentru a depăși rezistența rețelei, accelerând apariția fluajului de dislocare.

Relaxarea stresului: În aplicațiile cu deformare constantă, stresul ridicat duce direct la relaxarea accelerată a stresului. Această relaxare se manifestă în cele din urmă ca pierdere de cuplu, care este principalul motiv pentru care arcul nu își poate menține funcția dorită.

3. Durata de încărcare susținută

Fluajul este o deformare tipică dependentă de timp. Cu cât arcul rămâne mai mult sub sarcină, cu atât este mai mare deformarea cumulativă a fluajului.

Trei etape de fluaj: procesul de fluaj este de obicei împărțit în trei etape:

Fluaj primar: rata de deformare scade treptat. Aceasta este etapa dominată de întărirea prin deformare când arcul este încărcat pentru prima dată.

Fluaj secundar: viteza de deformare rămâne în esență constantă. Aceasta este o etapă de echilibru între întărire și înmuiere (adică, recuperare) și reprezintă cea mai mare parte a duratei de viață a arcului.

Fluaj terțiar: rata de deformare crește brusc până la fracturare. În aplicațiile practice ale arcurilor de cuplu, această etapă nu este în general permisă.

Sarcină statică pe termen lung: pentru aplicațiile de încărcare statică care necesită menținerea unui unghi fix pentru perioade lungi, cum ar fi arcurile supapelor sau anumite mecanisme de strângere, timpul este crucial. Chiar și la stres și temperatură relativ scăzute, sarcinile cumulate de-a lungul anilor sau chiar deceniilor pot face ca setarea permanentă a arcului să depășească toleranțele.

4. Influența microstructurii materialelor

Microstructura și procesul de fabricație a sârmei de oțel inoxidabil au o influență decisivă asupra rezistenței la fluaj.

Întărire la rece: Sârma cu arc din oțel inoxidabil suferă de obicei un procent ridicat de tragere la rece pentru a obține o rezistență ridicată. Densitatea mare a luxațiilor introduse de prelucrarea la rece îmbunătățește rezistența la fluaj la temperatura camerei. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura crește, aceste luxații pot începe să se recupereze, reducând performanța de relaxare a stresului.

Călirea prin precipitații: Unele clase de oțel inoxidabil de înaltă rezistență (cum ar fi oțelul inoxidabil 17-7 PH) utilizează un mecanism de întărire prin precipitare. Tratamentul termic adecvat și îmbătrânirea pot forma precipitate fine, fixând eficient luxațiile și îmbunătățind semnificativ rezistența la fluaj la temperaturi ridicate.