Tasarım ve imalat sırasında paslanmaz çelik yaylarda kalan gerilimi azaltmak veya ortadan kaldırmak için hangi yöntemler kullanılabilir

Artık stres, üretim sürecinde yaygın ve kritik bir konudur paslanmaz çelik yaylar . Esas olarak plastik deformasyon sırasında malzemenin eşit olmayan akışından kaynaklanır. Paslanmaz çelik tel büküldüğünde ve yay şekline sarıldığında, iç malzeme sıkıştırılırken dış malzeme gerilir. Bu düzensiz deformasyon, dış kuvvet kaldırıldıktan sonra bile devam eden iç gerilimlerin birikmesine yol açar.

Artık gerilim, paslanmaz çelik yayların performansı üzerinde doğrudan ve önemli bir olumsuz etkiye sahiptir. İlk olarak, yayın elastik sınırını azaltır, tasarım yüküne ulaşmadan önce kalıcı deformasyona neden olur. İkincisi, artık gerilim yorulma ömrünü önemli ölçüde azaltır ve tekrarlanan yükleme döngülerinden sonra yayın erken arızalanmasına neden olur. Daha ciddi olarak, belirli aşındırıcı ortamlarda, artık gerilim, ani kırılgan kırılmaya yol açan gerilim korozyonu çatlaması (SCC) için bir tetikleyici haline gelebilir. Bu nedenle, artık gerilimi etkili bir şekilde azaltmak veya ortadan kaldırmak, paslanmaz çelik yayların yüksek güvenilirliğini ve uzun ömrünü sağlamak için kritik öneme sahiptir.

Isıl işlem: Artık stresi ortadan kaldırmak için temel teknoloji

Isıl işlem, paslanmaz çelik yaylardaki artık gerilimi azaltmak veya ortadan kaldırmak için en yaygın ve etkili yöntemdir. Temel prensip, yayı belirli bir sıcaklığa ısıtmak ve orada tutmak, malzeme içindeki atomların yeniden düzenlemek için yeterli enerji kazanmasını sağlamak, böylece soğuk çalışmanın neden olduğu stresi serbest bırakmak ve yeniden dağıtmaktır.

1. Düşük Temperleme (Stres Giderici):

Bu en yaygın stres giderici ısıl işlem yöntemidir. Martensitik paslanmaz çelikler (420 ve 440°C gibi) ve östenitik paslanmaz çelikler (302 ve 304 gibi) için bu genellikle daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleştirilir.

Östenitik paslanmaz çelikler (302, 304 ve 316): İdeal gerilim giderme temperleme sıcaklığı tipik olarak 340°C ile 450°C arasındadır. Bu sıcaklık aralığında malzeme faz dönüşümüne uğramaz ancak atomların termal hareketi çoğu iç gerilimi serbest bırakmak için yeterlidir. Yüksek sıcaklıklar karbürlerin tane sınırlarında çökelmesine neden olarak korozyon direncini azaltabilir, bu nedenle sıkı sıcaklık kontrolü şarttır.

Martensitik paslanmaz çelikler (410, 420 ve 431): Bu yaylar tipik olarak söndürme sonrasında temperlenir ve sıcaklık kontrolü çok önemlidir. Gerilim giderme temperleme sıcaklıkları tipik olarak 250-400°C arasındadır ve gerekli sertlik ve mukavemeti korurken artık gerilimi etkili bir şekilde azaltır.

2. Çözüm Tedavisi ve Yaşlanma:

Çökeltme sertleştirme paslanmaz çelikler için (17-7PH ve 15-5PH gibi), nihai mukavemetleri yaşlandırma işlemine bağlıdır. Oluşturmadan önce tel tipik olarak çözelti halindedir ve bu da iyi bir süneklik sağlar. Oluşturduktan sonra yaşlanma, çökelme aşamasının yalnızca mukavemeti arttırmasına izin vermekle kalmaz, aynı zamanda artık stresi de etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Bu süreç aynı anda gerçekleşir.

Mekanik İşlem: Yüzey Özelliklerini ve Stres Dağılımını İyileştirme

Isıl işleme ek olarak, bazı mekanik yöntemler yayların gerilim durumunu, özellikle de yüzey artık gerilimini etkili bir şekilde iyileştirebilir.

1. Vuruş Peening:

Püskürtmeli dövme, yay yüzeyine çarparak bir basınç gerilimi katmanı oluşturmak için küçük çelik veya seramik boncuklardan oluşan yüksek hızlı jetlerin kullanılmasını içerir.

Prensip: Bilyalı dövme ile üretilen basınç gerilimi, yüzeydeki çekme artık gerilimini dengeleyebilir. Yorulma çatlakları tipik olarak yüzeyden başladığından, bu sıkıştırma gerilimi katmanı çatlağın yayılmasını etkili bir şekilde engelleyerek yayın yorulma ömrünü önemli ölçüde artırabilir.

Uygulama: Kumlama, özellikle otomotiv motor valf yayları ve havacılık endüstrisindeki kritik yaylar gibi yüksek döngüsel yüklere veya aşırı çalışma koşullarına maruz kalan yaylar için uygundur.

2. Öngerilme:

"Sıkıştırma" veya "ayarlama" olarak da bilinen öngerilme, artık gerilimi aktif olarak ortadan kaldırmaya yönelik bir yöntemdir.

Prensip: Yay imal edildikten sonra üzerine tasarım yükünü aşan bir sıkıştırma veya burulma kuvveti uygulanarak hafif kalıcı bir plastik deformasyona neden olur. Bu işlem, yay içindeki gerilimi yeniden dağıtarak, yük kaldırıldıktan sonra çalışma yükünün ters yönünde bir artık gerilim oluşturur.

Etki: Bu tersine çevrilmiş artık gerilim, çalışma geriliminin bir kısmını dengeleyerek fiili kullanımdaki gerilim seviyesini azaltabilir, böylece yayın yük taşıma kapasitesini ve yorulma direncini artırabilir.

Proses Kontrolü ve Malzeme Seçimi

Kaynakta artık gerilim oluşumunun kontrol edilmesi de çok önemlidir.

Doğru Teli Seçmek: Yüksek kaliteli, düzgün paslanmaz çelik tel seçmek esastır. Uygun olmayan soğuk çekme veya soğuk haddeleme işlemleri aşırı iç gerilime neden olabilir.

Şekillendirme işleminin optimize edilmesi: Sarma hızı ve besleme hızı gibi sarma makinesi parametrelerinin ayarlanması, daha düzgün malzeme deformasyonu elde edebilir. Gelişmiş CNC ekipmanı, eşit olmayan deformasyonu azaltarak şekillendirme sürecini daha hassas bir şekilde kontrol edebilir.

Hassas proses kontrolü: Fabrikaya giren telden son ısıl işleme kadar, her aşamada sıkı proses parametre kontrolü gereklidir. Örneğin, ısıl işlem fırınının sıcaklık tekdüzeliği, artış ve düşüş oranları ve bekleme süresi hassas bir şekilde izlenmelidir.