Sob quais condições o fenômeno de fluência das molas de torção de aço inoxidável será mais significativo

Fluência é a deformação plástica lenta e permanente de um material sólido sob tensão constante ao longo do tempo. Para molas de torção de aço inoxidável , a fluência se manifesta como uma diminuição gradual no torque restaurador (tecnicamente conhecido como relaxamento de tensão sob deflexão constante) ou um aumento contínuo no ângulo de deflexão sob carga constante. Este fenômeno afeta diretamente a precisão e confiabilidade a longo prazo da mola. Do ponto de vista profissional, a ocorrência significativa de fluência em molas de torção de aço inoxidável é influenciada principalmente pelos efeitos sinérgicos dos três fatores integrados a seguir.

1. Efeito crítico da temperatura

A temperatura é o principal fator que determina se a fluência ocorrerá significativamente. Embora a fluência teoricamente ocorra em qualquer temperatura, sua taxa só impacta materialmente as aplicações de engenharia quando excede um limite específico.

Correlação do ponto de fusão: A teoria tradicional dos materiais metálicos sugere que a fluência normalmente se torna significativa em torno de 0,4Tm​ acima da temperatura absoluta de fusão do material. Os aços inoxidáveis ​​(como a série 300) têm um ponto de fusão mais alto, mas como o fio da mola está sob alta tensão, a temperatura real na qual ocorre a fluência é muito mais baixa.

Temperatura de serviço do aço inoxidável: De modo geral, a temperatura máxima de serviço recomendada para uma mola de torque para aços inoxidáveis ​​austeníticos padrão (como SUS 304 ou 302) é de aproximadamente 250°C a 300°C.

Quando a temperatura de trabalho está abaixo de 100°C, a taxa de fluência é extremamente baixa e pode ser ignorada.

Quando a temperatura de trabalho excede 150°C, especialmente na faixa de 200°C a 300°C, o movimento de deslocamento e a difusão de vagas dentro do aço inoxidável são ativados pela energia térmica, acelerando a deformação plástica e fazendo com que o rastejamento se torne perceptível.

2. O efeito catalítico dos altos níveis de estresse

Sob as mesmas condições de temperatura, os níveis de tensão aplicados são a principal força motriz que acelera a fluência. Para molas de torção, esta tensão refere-se especificamente à tensão de flexão.

Tensão e limite de escoamento: A fluência é única porque ocorre em níveis de tensão muito abaixo do limite de escoamento do material. No entanto, quanto mais próxima a tensão se aproxima do limite elástico, maior será a taxa de fluência.

Projeto da Mola: Ao projetar uma mola de torção, se a Tensão Máxima de Trabalho exceder uma porcentagem crítica do Limite Proporcional do material de aço inoxidável (por exemplo, 60% ou 70%), a fluência poderá se acumular durante um período prolongado, gerando instabilidade dimensional significativa, mesmo em temperatura ambiente. Alta tensão fornece a energia de ativação necessária para superar a resistência da rede, acelerando a ocorrência de fluência por discordância.

Relaxamento do estresse: Em aplicações de deflexão constante, o estresse elevado leva diretamente ao relaxamento acelerado do estresse. Em última análise, esse relaxamento se manifesta como perda de torque, que é a principal razão pela qual a mola não consegue manter a função pretendida.

3. Duração sustentada do carregamento

A fluência é uma deformação típica dependente do tempo. Quanto mais tempo a mola permanecer sob carga, maior será a deformação acumulada por fluência.

Três estágios de fluência: O processo de fluência é normalmente dividido em três estágios:

Fluência Primária: A taxa de deformação diminui gradualmente. Este é o estágio dominado pelo endurecimento por deformação quando a mola é carregada pela primeira vez.

Fluência Secundária: A taxa de deformação permanece essencialmente constante. Este é um estágio de equilíbrio entre o endurecimento e o amolecimento (ou seja, recuperação) e é responsável pela maior parte da vida útil da mola.

Fluência terciária: A taxa de deformação aumenta acentuadamente até a fratura. Em aplicações práticas de molas de torque, este estágio geralmente não é permitido.

Carga estática de longo prazo: Para aplicações de carga estática que exigem a manutenção de um ângulo fixo por longos períodos, como molas de válvulas ou determinados mecanismos de fixação, o tempo é crucial. Mesmo com tensões e temperaturas relativamente baixas, as cargas acumuladas ao longo de anos ou mesmo décadas podem fazer com que o conjunto permanente da mola exceda as tolerâncias.

4. Influência da Microestrutura do Material

A microestrutura e o processo de fabricação do fio de aço inoxidável têm influência decisiva na resistência à fluência.

Endurecimento por trabalho a frio: O fio de mola de aço inoxidável normalmente passa por uma alta porcentagem de trefilação a frio para atingir alta resistência. A alta densidade de discordâncias introduzidas pelo trabalho a frio melhora a resistência à fluência à temperatura ambiente. Entretanto, à medida que a temperatura aumenta, esses deslocamentos podem começar a se recuperar, reduzindo o desempenho do relaxamento do estresse.

Endurecimento por precipitação: Alguns tipos de aço inoxidável de alta resistência (como o aço inoxidável 17-7 PH) utilizam um mecanismo de endurecimento por precipitação. O tratamento térmico e o envelhecimento adequados podem formar precipitados finos, fixando efetivamente os deslocamentos e melhorando significativamente a resistência à fluência em temperaturas elevadas.