Metode apa yang dapat digunakan untuk mengurangi atau menghilangkan tegangan sisa pada pegas baja tahan karat selama desain dan manufaktur

Tegangan sisa adalah masalah umum dan kritis dalam proses pembuatan stainless steel springs . Hal ini terutama berasal dari aliran material yang tidak merata selama deformasi plastis. Ketika kawat baja tahan karat ditekuk dan dililitkan ke dalam bentuk pegas, bahan luar diregangkan sementara bahan dalam dikompresi. Deformasi yang tidak merata ini menyebabkan akumulasi tegangan internal yang bertahan bahkan setelah gaya eksternal dihilangkan.

Tegangan sisa mempunyai dampak negatif langsung dan signifikan terhadap kinerja pegas baja tahan karat. Pertama, mengurangi batas elastis pegas, menyebabkan deformasi permanen sebelum mencapai beban desain. Kedua, tegangan sisa secara signifikan mengurangi umur kelelahan, menyebabkan pegas rusak sebelum waktunya setelah siklus pembebanan berulang. Yang lebih serius lagi, pada lingkungan korosif tertentu, tegangan sisa dapat menjadi pemicu retak korosi tegangan (SCC), yang menyebabkan patah getas secara tiba-tiba. Oleh karena itu, secara efektif mengurangi atau menghilangkan tegangan sisa sangat penting untuk memastikan keandalan yang tinggi dan umur panjang pegas baja tahan karat.

Perlakuan panas: Teknologi inti untuk menghilangkan tegangan sisa

Perlakuan panas adalah metode yang paling umum dan efektif untuk mengurangi atau menghilangkan tegangan sisa pada pegas baja tahan karat. Prinsip dasarnya adalah memanaskan pegas ke suhu tertentu dan menahannya di sana, memungkinkan atom-atom di dalam material memperoleh energi yang cukup untuk mengatur ulang, sehingga melepaskan dan mendistribusikan kembali tegangan yang disebabkan oleh pengerjaan dingin.

1. Low-Tempering (Menghilangkan Stres):

Ini adalah metode perlakuan panas penghilang stres yang paling umum. Untuk baja tahan karat martensit (seperti 420 dan 440°C) dan baja tahan karat austenitik (seperti 302 dan 304), hal ini biasanya dilakukan pada suhu yang lebih rendah.

Baja tahan karat austenitik (302, 304, dan 316): Suhu tempering pelepas tegangan yang ideal biasanya antara 340°C dan 450°C. Dalam kisaran suhu ini, material tidak mengalami transformasi fasa, namun gerakan termal atom cukup untuk melepaskan sebagian besar tekanan internal. Suhu tinggi dapat menyebabkan karbida mengendap pada batas butir, mengurangi ketahanan korosi, sehingga kontrol suhu yang ketat sangat penting.

Baja tahan karat martensit (410, 420, dan 431): Pegas ini biasanya ditempa setelah pendinginan, dan kontrol suhu sangat penting. Suhu tempering pelepas tegangan biasanya antara 250-400°C, yang secara efektif mengurangi tegangan sisa sambil mempertahankan kekerasan dan kekuatan yang diperlukan.

2. Perawatan Solusi dan Penuaan:

Untuk baja tahan karat pengerasan presipitasi (seperti 17-7PH dan 15-5PH), kekuatan utamanya bergantung pada perlakuan penuaan. Sebelum terbentuk, kawat biasanya berada dalam larutan, sehingga menghasilkan keuletan yang baik. Setelah terbentuk, penuaan tidak hanya memungkinkan fase pengendapan meningkatkan kekuatan tetapi juga secara efektif menghilangkan tegangan sisa. Proses ini terjadi secara bersamaan.

Perawatan Mekanik: Meningkatkan Sifat Permukaan dan Distribusi Stres

Selain perlakuan panas, metode mekanis tertentu juga dapat secara efektif meningkatkan keadaan tegangan pegas, khususnya tegangan sisa permukaan.

1. Ditembak Peening:

Shot peening melibatkan penggunaan pancaran baja kecil atau manik-manik keramik berkecepatan tinggi untuk membentur permukaan pegas, sehingga menciptakan lapisan tegangan tekan.

Prinsip: Tegangan tekan yang dihasilkan oleh shot peening dapat mengimbangi tegangan sisa tarik pada permukaan. Karena retakan lelah biasanya dimulai dari permukaan, lapisan tegangan tekan ini dapat secara efektif menghambat perambatan retak, sehingga secara signifikan meningkatkan umur kelelahan pegas.

Aplikasi: Peledakan tembakan sangat cocok untuk pegas yang terkena beban siklik tinggi atau kondisi pengoperasian ekstrem, seperti pegas katup mesin otomotif dan pegas kritis di industri dirgantara.

2. Pratekan:

Pratekan, juga dikenal sebagai "pemadatan" atau "pengaturan", adalah metode untuk menghilangkan tegangan sisa secara aktif.

Prinsip: Setelah pegas dibuat, gaya tekan atau puntir yang melebihi beban desain diterapkan padanya, menyebabkan sedikit deformasi plastis permanen. Proses ini mendistribusikan kembali tegangan di dalam pegas, menghasilkan tegangan sisa dalam arah yang berlawanan dengan beban kerja setelah beban dihilangkan.

Efek: Tegangan sisa terbalik ini dapat mengimbangi sebagian tegangan kerja, mengurangi tingkat tegangan dalam penggunaan sebenarnya, sehingga meningkatkan kapasitas menahan beban dan ketahanan lelah pegas.

Pengendalian Proses dan Pemilihan Material

Mengontrol timbulnya tegangan sisa pada sumber juga penting.

Memilih Kawat yang Tepat: Memilih kawat baja stainless seragam berkualitas tinggi sangat penting. Proses penarikan dingin atau pengerolan dingin yang tidak tepat dapat menimbulkan tekanan internal yang berlebihan.

Mengoptimalkan proses pembentukan: Menyesuaikan parameter mesin berliku, seperti kecepatan berliku dan laju umpan, dapat mencapai deformasi material yang lebih seragam. Peralatan CNC canggih dapat lebih tepat mengontrol proses pembentukan, mengurangi deformasi yang tidak merata.

Kontrol proses yang tepat: Dari kawat yang memasuki pabrik hingga perlakuan panas akhir, kontrol parameter proses yang ketat diperlukan di setiap tahap. Misalnya, keseragaman suhu, laju peningkatan dan penurunan suhu tungku perlakuan panas, serta waktu penahanan harus dipantau secara tepat.