Ce metode pot fi utilizate pentru a reduce sau elimina stresul rezidual în arcurile din oțel inoxidabil în timpul proiectării și fabricării

Stresul rezidual este o problemă comună și critică în procesul de fabricație al arcuri din oțel inoxidabil . Ea provine în primul rând din curgerea neuniformă a materialului în timpul deformării plastice. Când firul din oțel inoxidabil este îndoit și înfășurat în forma arcului, materialul exterior este întins în timp ce materialul interior este comprimat. Această deformare neuniformă duce la acumularea de solicitări interne care persistă chiar și după îndepărtarea forței externe.

Stresul rezidual are un impact negativ direct și semnificativ asupra performanței arcurilor din oțel inoxidabil. În primul rând, reduce limita elastică a arcului, provocând deformarea permanentă înainte de a ajunge la sarcina de proiectare. În al doilea rând, stresul rezidual reduce semnificativ durata de viață la oboseală, determinând defectarea prematură a arcului după cicluri repetate de încărcare. Mai grav, în anumite medii corozive, stresul rezidual poate deveni un declanșator al fisurii prin coroziune sub tensiune (SCC), ceea ce duce la o fractură bruscă fragilă. Prin urmare, reducerea sau eliminarea eficientă a tensiunii reziduale este esențială pentru asigurarea fiabilității ridicate și a duratei lungi de viață a arcurilor din oțel inoxidabil.

Tratament termic: Tehnologia de bază pentru eliminarea stresului rezidual

Tratamentul termic este cea mai comună și eficientă metodă pentru reducerea sau eliminarea tensiunii reziduale în arcurile din oțel inoxidabil. Principiul de bază este de a încălzi arcul la o anumită temperatură și de a-l menține acolo, permițând atomilor din material să câștige suficientă energie pentru a se rearanja, eliberând și redistribuind astfel stresul cauzat de lucrul la rece.

1. Temperare scăzută (eliminarea stresului):

Aceasta este cea mai comună metodă de tratament termic pentru ameliorarea stresului. Pentru oțelurile inoxidabile martensitice (cum ar fi 420 și 440°C) și oțelurile inoxidabile austenitice (cum ar fi 302 și 304), acest lucru se realizează de obicei la o temperatură mai scăzută.

Oțeluri inoxidabile austenitice (302, 304 și 316): Temperatura ideală de revenire la stres este de obicei între 340°C și 450°C. În acest interval de temperatură, materialul nu suferă transformare de fază, dar mișcarea termică a atomilor este suficientă pentru a elibera majoritatea tensiunilor interne. Temperaturile ridicate pot determina precipitarea carburilor la limitele granulelor, reducând rezistența la coroziune, astfel încât controlul strict al temperaturii este esențial.

Oțeluri inoxidabile martensitice (410, 420 și 431): Aceste arcuri sunt de obicei călite după călire, iar controlul temperaturii este crucial. Temperaturile de revenire la reducerea tensiunii sunt de obicei între 250-400°C, reducând efectiv stresul rezidual, menținând în același timp duritatea și rezistența necesare.

2. Tratamentul soluției și îmbătrânirea:

Pentru oțelurile inoxidabile cu întărire prin precipitare (cum ar fi 17-7 PH și 15-5 PH), rezistența lor finală depinde de tratamentul de îmbătrânire. Înainte de formare, firul este de obicei în soluție, rezultând o ductilitate bună. După formare, îmbătrânirea nu numai că permite fazei de precipitare să sporească rezistența, dar și elimină eficient stresul rezidual. Acest proces are loc simultan.

Tratament mecanic: Îmbunătățirea proprietăților suprafeței și distribuția stresului

Pe lângă tratamentul termic, anumite metode mecanice pot îmbunătăți eficient starea de solicitare a arcurilor, în special solicitarea reziduală de suprafață.

1. Shot Peening:

Ciobirea prin împușcare implică utilizarea jeturilor de mare viteză de mărgele minuscule de oțel sau ceramică pentru a afecta suprafața arcului, creând un strat de stres de compresiune.

Principiu: Tensiunea de compresiune generată de șlefuirea poate compensa efortul rezidual de tracțiune pe suprafață. Deoarece fisurile de oboseală se inițiază în mod obișnuit de la suprafață, acest strat de tensiune de compresiune poate împiedica în mod eficient propagarea fisurilor, îmbunătățind semnificativ durata de viață la oboseală a arcului.

Aplicație: sablarea prin împușcare este potrivită în special pentru arcurile supuse unor sarcini ciclice mari sau condiții extreme de funcționare, cum ar fi arcurile supapelor motorului auto și arcurile critice din industria aerospațială.

2. Precomprimare:

Precomprimarea, cunoscută și sub denumirea de „compactare“ sau „setare“, este o metodă pentru eliminarea activă a stresului rezidual.

Principiu: După fabricarea arcului, i se aplică o forță de compresiune sau torsiune care depășește sarcina de proiectare, provocând o ușoară deformare plastică permanentă. Acest proces redistribuie solicitarea în interiorul arcului, generând o solicitare reziduală în direcția opusă sarcinii de lucru după ce sarcina este îndepărtată.

Efect: Această solicitare reziduală inversată poate compensa o parte din solicitarea de lucru, reducând nivelul de solicitare în utilizarea efectivă, îmbunătățind astfel capacitatea portantă a arcului și rezistența la oboseală.

Controlul proceselor și selecția materialelor

Controlul generării de stres rezidual la sursă este, de asemenea, crucial.

Alegerea firului potrivit: Selectarea firului uniform din oțel inoxidabil de înaltă calitate este esențială. Procesele necorespunzătoare de tragere la rece sau laminare la rece pot introduce stres intern excesiv.

Optimizarea procesului de formare: Reglarea parametrilor mașinii de înfășurare, cum ar fi viteza de înfășurare și viteza de alimentare, poate realiza o deformare mai uniformă a materialului. Echipamentele CNC avansate pot controla mai precis procesul de formare, reducând deformarea neuniformă.

Control precis al procesului: De la intrarea firului în fabrică până la tratamentul termic final, este necesar un control strict al parametrilor procesului în fiecare etapă. De exemplu, uniformitatea temperaturii cuptorului de tratament termic, ratele de creștere și de reducere și timpul de menținere trebuie monitorizate cu precizie.