Que métodos podem ser usados para reduzir ou eliminar o estresse residual em molas de aço inoxidável durante o projeto e a fabricação

estresse residual é uma questão comum e crítica no processo de fabricação de molas de aço inox .O. Decorre principalmente do fluxo desigual do material durante a deformação plástica. Quando o fio de aço inoxidável é dobrado e enrolado na forma de mola, o material externo é esticado enquanto o material interno é comprimido. Essa deformação desigual leva ao acúmulo de tensões internas que persistem mesmo depois que a força externa é removida.

O estresse residual tem um impacto negativo direto e significativo no desempenho de molas de aço inoxidável. Primeiro, reduz o limite elástico da mola, causando deformação permanente antes de atingir a carga de projeto. Em segundo lugar, o estresse residual reduz significativamente a vida útil da fadiga, fazendo com que a mola falhe prematuramente após ciclos repetidos de carga. Mais seriamente, em certos ambientes corrosivos, a tensão residual pode se tornar um gatilho para a corrosão sob tensão (SCC), levando a uma fratura quebradiça súbita. Portanto, reduzir ou eliminar eficazmente o estresse residual é fundamental para garantir a alta confiabilidade e longa vida útil das molas de aço inoxidável.

Tratamento térmico: A tecnologia central para eliminar o estresse residual

O tratamento térmico é o método mais comum e eficaz para reduzir ou eliminar o estresse residual em molas de aço inoxidável. O princípio básico é aquecer a mola a uma temperatura específica e mantê-la lá, permitindo que os átomos dentro do material ganhem energia suficiente para se reorganizar, liberando e redistribuindo o estresse causado pelo trabalho a frio.

1. Baixa Temperatura (Aliviamento do Estresse):

Este é o método mais comum de tratamento térmico de alívio do estresse. Para aços inoxidáveis martensíticos (como 420 e 440°C) e aços inoxidáveis austeníticos (como 302 e 304), isso normalmente é realizado a uma temperatura mais baixa.

Aços inoxidáveis austeníticos (302, 304 e 316): A temperatura ideal de têmpera para alívio do estresse é tipicamente entre 340°C e 450°C. Dentro dessa faixa de temperatura, o material não sofre transformação de fase, mas o movimento térmico dos átomos é suficiente para liberar a maioria das tensões internas. Altas temperaturas podem fazer com que os carbonetos se precipitem nos limites dos grãos, reduzindo a resistência à corrosão, de modo que o controle rigoroso da temperatura é essencial.

Aços inoxidáveis martensíticos (410, 420 e 431): Essas molas são tipicamente temperadas após a têmpera, e o controle de temperatura é crucial. As temperaturas de têmpera de alívio do estresse são tipicamente entre 250-400°C, reduzindo efetivamente o estresse residual, mantendo a dureza e a força necessárias.

2 . Tratamento e Envelhecimento da Solução:

Para aços inoxidáveis endurecedores de precipitação (como 17-7PH e 15-5PH), sua resistência final depende do tratamento de envelhecimento. Antes da formação, o fio é tipicamente em solução, resultando em boa ductilidade. Após a formação, o envelhecimento não só permite que a fase de precipitação aumente a força, mas também elimine efetivamente o estresse residual. Esse processo ocorre simultaneamente.

Tratamento Mecânico: Melhora das Propriedades Superficiais e Distribuição de Estresse

Além do tratamento térmico, certos métodos mecânicos também podem melhorar efetivamente o estado de estresse das molas, particularmente o estresse residual superficial.

1. Tiro Peening:

O peening a granel envolve o uso de jatos de alta velocidade de pequenas contas de aço ou cerâmica para impactar a superfície da mola, criando uma camada de tensão compressiva.

Princípio: A tensão compressiva gerada pelo shot peening pode compensar a tensão residual elástica na superfície. Como as rachaduras de fadiga geralmente se iniciam a partir da superfície, essa camada de tensão compressiva pode efetivamente dificultar a propagação da rachadura, melhorando significativamente a vida útil de fadiga da mola.

Aplicação: O jateamento a tiros é particularmente adequado para molas submetidas a altas cargas cíclicas ou condições operacionais extremas, como molas de válvulas de motores automotivos e molas críticas na indústria aeroespacial.

2 . Pressionando:

Pressionar, também conhecido como "compactar" ou "definir", é um método para eliminar ativamente o estresse residual.

Princípio: Depois que a mola é fabricada, uma força de compressão ou torção que exceda sua carga de projeto é aplicada a ela, causando uma ligeira deformação plástica permanente. Este processo redistribui a tensão dentro da mola, gerando uma tensão residual na direção oposta da carga de trabalho depois que a carga é removida.

Efeito: Esta tensão residual revertida pode compensar parte da tensão de trabalho, reduzindo o nível de tensão no uso real, melhorando assim a capacidade de suporte de carga da mola e a resistência à fadiga.

Controle de Processos e Seleção de Materiais

Controlar a geração de estresse residual na fonte também é crucial.

Escolhendo o Fio Direito: A seleção de fio de aço inoxidável uniforme e de alta qualidade é essencial. Desenho a frio impróprio ou processos de laminação a frio podem introduzir estresse interno excessivo.

Otimizando o processo de conformação: Ajustar parâmetros da máquina de enrolamento, como velocidade de enrolamento e taxa de alimentação, pode conseguir uma deformação de material mais uniforme. Equipamentos avançados de CNC podem controlar com mais precisão o processo de conformação, reduzindo a deformação desigual.

Controle preciso do processo: Desde a entrada do fio na fábrica até o tratamento térmico final, é necessário um controle rigoroso dos parâmetros do processo em todas as etapas. Por exemplo, a uniformidade de temperatura do forno de tratamento térmico, as taxas de aumento e diminuição do tempo de espera devem ser monitoradas com precisão.$ $