Bagaimana suhu tinggi mempengaruhi kinerja pegas torsi stainless steel

Sebagai elemen penyimpanan dan pelepasan energi yang penting, pegas torsi stainless steel banyak digunakan dalam kedirgantaraan, elektronik otomotif, peralatan medis, mesin industri dan industri lainnya. Ketika digunakan dalam kondisi suhu tinggi, kinerjanya secara signifikan berbeda dari yang ada di lingkungan suhu normal. Suhu tinggi tidak hanya mengubah sifat fisik material itu sendiri, tetapi juga mempengaruhi stabilitas geometris dan masa pakai pegas.

Pengaruh suhu tinggi pada sifat mekanik bahan
Penurunan kekuatan luluh
Suhu tinggi akan secara signifikan mengurangi kekuatan luluh stainless steel. Mengambil SUS304 sebagai contoh, kekuatan luluh pada suhu kamar (25 ° C) adalah sekitar 205 MPa. Ketika suhu naik hingga 300 ° C, kekuatan luluh dapat turun hingga di bawah 140 MPa. Ini berarti bahwa pegas lebih cenderung mengalami deformasi plastik di bawah beban yang sama dan tidak dapat secara efektif menyimpan energi dan rebound.
Mengurangi modulus elastis
Modulus elastis mewakili kekakuan material. Dalam kondisi suhu tinggi, getaran termal kisi logam ditingkatkan dan modulus elastis berkurang, menghasilkan penurunan output torsi pegas per unit perpindahan sudut. Untuk aplikasi yang membutuhkan kontrol torsi presisi tinggi, seperti mekanisme perakitan otomatis atau sistem penginderaan presisi, degradasi kinerja ini akan secara langsung mempengaruhi fungsi produk.
Fenomena creep ditingkatkan
Dalam lingkungan suhu tinggi, stainless steel akan merayap di bawah kondisi tegangan kontinu jangka panjang. Creep menyebabkan sudut torsi meningkat secara bertahap tanpa meningkatkan gaya eksternal, menyebabkan kesalahan penentuan posisi struktural atau bahkan deformasi permanen. Terutama dalam kondisi kerja di mana beban berkelanjutan dan suhu kerja ada pada saat yang sama, seperti pegas pintu tungku industri dan komponen turbin, merayap menimbulkan ancaman serius terhadap keandalan sistem.

Pengaruh suhu tinggi pada stabilitas struktural
Efek ekspansi termal
Stainless steel memiliki koefisien ekspansi termal yang besar (sekitar 16 ~ 17 × 10⁻⁶/k) pada suhu tinggi. Panjang, diameter, dan celah kumparan pegas torsi akan berubah pada suhu tinggi, mempengaruhi akurasi perakitan dan pembersihan kerja, dan dapat menyebabkan jamming, keausan atau kegagalan.
Masalah relaksasi struktural
Stainless steel memiliki efek relaksasi stres yang signifikan pada suhu tinggi. Bahkan jika torsi awal diatur secara wajar, karena waktu penggunaan meningkat, tegangan internal material secara bertahap melepaskan, menghasilkan penurunan torsi output pegas. Relaksasi ini sangat signifikan di atas 250 ° C, yang akan menyebabkan pegas torsi kehilangan kemampuan rotasi yang diharapkan, dan sangat tidak cocok untuk struktur penahan statis.
Oksidasi permukaan dan risiko korosi
Permukaan baja tahan karat pada suhu tinggi lebih rentan terhadap oksidasi. Bahkan bahan austenitik, seperti SUS316 atau SUS304, dapat membentuk skala oksida yang signifikan di atas 400 ° C, mengurangi ketahanan korosi dan kekuatan permukaannya, sehingga mempercepat pembentukan microcrack dan mempengaruhi kinerja kelelahan.

Pengaruh Suhu Tinggi pada Kehidupan Kelelahan
Batas kelelahan berkurang
Suhu tinggi mengintensifkan perilaku slip mikroskopis material, membuat struktur kisi lebih rentan terhadap fraktur kelelahan. Di bawah beban siklik yang sama, masa kelelahan pegas stainless steel pada suhu tinggi jauh lebih rendah daripada pada suhu kamar. Untuk setiap peningkatan suhu 50 ° C, umur kelelahan dapat menurun lebih dari 20%.
Fenomena kelelahan termal
Dalam lingkungan dengan beberapa kondisi panas dan dingin bergantian, pegas stainless steel rentan terhadap retak kelelahan termal. Ekspansi termal berulang dan kontraksi membentuk area konsentrasi tegangan di akar, menekuk atau permukaan kontak pegas, yang akhirnya memicu perluasan microcracks dan menyebabkan kegagalan fraktur.
Peningkatan tingkat pertumbuhan retak
Suhu tinggi menyebabkan microcracks tumbuh lebih cepat, terutama di pegas dengan cacat awal atau tanda pemrosesan yang tidak teratur. Laju pertumbuhan retak pada suhu tinggi dapat meningkat 2 hingga 5 kali, sangat memperpendek masa pakai.