Znajomość sprzętu: sześć czynników wpływa na wytrzymałość zmęczeniową sprężyny

Kilka czynników wpływających na wytrzymałość zmęczeniową sprężyny

1. Istnieje pewna zależność pomiędzy granicą plastyczności materiału a granicą zmęczenia. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa granica plastyczności materiału, tym wyższa wytrzymałość zmęczeniowa. Dlatego chcąc zwiększyć wytrzymałość zmęczeniową sprężyny należy dążyć do zwiększenia granicy plastyczności materiału sprężyny. Lub użyj materiałów o wysokim stosunku granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie. W przypadku tego samego materiału struktura drobnoziarnista ma wyższą granicę plastyczności niż struktura gruboziarnista i drobnoziarnista.

2. Maksymalne naprężenie stanu powierzchniowego występuje najczęściej na powierzchni materiału sprężyny, dlatego jakość powierzchni sprężyny ma duży wpływ na wytrzymałość zmęczeniową. Wady takie jak pęknięcia, skazy i blizny spowodowane materiałami sprężynowymi podczas walcowania, rozciągania i zwijania są często przyczyną zmęczenia i pękania sprężyny.

Im mniejsza chropowatość powierzchni materiału, tym mniejsza koncentracja naprężeń i większa wytrzymałość zmęczeniowa. Wpływ chropowatości powierzchni materiału na granicę zmęczenia. Wraz ze wzrostem chropowatości powierzchni granica zmęczenia maleje. W przypadku tej samej chropowatości, różne gatunki stali i różne metody zwijania charakteryzują się różnym stopniem redukcji granicy zmęczenia. Na przykład stopień redukcji sprężyn zwijanych na zimno jest mniejszy niż w przypadku sprężyn zwijanych na gorąco. Ponieważ stalowa gorąca sprężyna śrubowa i jej obróbka cieplna są podgrzewane, powierzchnia materiału sprężyny staje się szorstka w wyniku utleniania i odwęglenia, co zmniejsza wytrzymałość zmęczeniową sprężyny.

Szlifowanie, prasowanie, śrutowanie i walcowanie powierzchni materiału. Oba mogą poprawić wytrzymałość zmęczeniową sprężyny.

3. Im większy rozmiar materiału z efektem wymiarowym, tym większa możliwość wystąpienia defektów spowodowanych różnymi procesami obróbki na zimno i na gorąco oraz tym większa możliwość defektów powierzchniowych. Wszystkie te przyczyny prowadzą do zmniejszenia wydajności zmęczeniowej. Dlatego przy obliczaniu wytrzymałości zmęczeniowej sprężyny należy uwzględnić wpływ efektu wielkości.

4. Wady metalurgiczne Wady metalurgiczne dotyczą segregacji wtrąceń niemetalicznych, pęcherzyków, pierwiastków itp. w materiale. Wtrącenia obecne na powierzchni są źródłem koncentracji naprężeń, które będą powodować przedwczesne pęknięcia zmęczeniowe pomiędzy wtrąceniami a powierzchnią styku podłoża. Zastosowanie wytapiania próżniowego, odlewania próżniowego i innych środków może znacznie poprawić jakość stali.

5. Kiedy sprężyna z czynnikiem korozyjnym pracuje w środowisku korozyjnym, staje się źródłem zmęczenia z powodu wżerów na powierzchni lub korozji granicy ziaren powierzchniowych. Pod wpływem zmiennego naprężenia stopniowo się rozszerza i powoduje pękanie. Na przykład stal sprężynowa pracująca w słodkiej wodzie ma granicę zmęczenia wynoszącą tylko 10% do 25% wytrzymałości w powietrzu. Wpływ korozji na wytrzymałość zmęczeniową sprężyny zależy nie tylko od tego, ile razy sprężyna jest poddawana zmiennym obciążeniom, ale także od jej trwałości użytkowej. Dlatego też przy projektowaniu i obliczaniu sprężyny narażonej na korozję należy wziąć pod uwagę trwałość użytkową.

W przypadku sprężyn pracujących w warunkach korozyjnych, w celu zapewnienia ich wytrzymałości zmęczeniowej, można zastosować materiały o dużej odporności na korozję, takie jak stal nierdzewna, metale nieżelazne, lub warstwę ochronną na powierzchni, taką jak galwanizacja, utlenianie, natryskiwanie, malowanie itp. . Praktyka pokazuje, że powlekanie kadmem może znacznie zwiększyć granicę zmęczenia sprężyny.

6. Wytrzymałość zmęczeniowa temperaturowej stali węglowej spada od temperatury pokojowej do 120°C, wzrasta od 120°C do 350°C i ponownie spada po przekroczeniu temperatury 350°C. W wysokich temperaturach nie ma limitu zmęczenia. W przypadku sprężyn pracujących w warunkach wysokiej temperatury należy rozważyć zastosowanie stali żaroodpornej. Poniżej temperatury pokojowej zwiększa się granica zmęczenia stali