斜圈彈簧告訴你彈簧為什么會(huì)疲勞?
因?yàn)閺椈稍谑褂煤荛L(zhǎng)時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生疲勞,也就是說(shuō),常見的變形會(huì)使你失去原有的彈性特性。彈簧疲勞是指金屬的頻繁變形,裂紋會(huì)增加,裂紋間隙會(huì)增加,最終導(dǎo)致疲勞。彈簧使我們的日常生活變得越來(lái)越普遍,它的工作主要體現(xiàn)在電子、空氣、蒸汽、水等腐蝕介質(zhì)以及酸、堿、鹽等化學(xué)腐蝕介質(zhì)中對(duì)不銹鋼彈簧的腐蝕,根據(jù)彈簧材料的力學(xué)性能可分為多種類型的彈簧,而在日常生活中使用時(shí),造成彈簧疲勞的原因主要有六個(gè)。
1.屈服強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度有一定的關(guān)系,材料的屈服強(qiáng)度越高,疲勞強(qiáng)度越高,因此,為了提高彈簧的疲勞強(qiáng)度,應(yīng)盡量提高彈簧材料的屈服強(qiáng)度,或采用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比較高的材料。對(duì)于同一材料,細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度高于粗晶粒結(jié)構(gòu)。
2、表面狀態(tài)最大應(yīng)力多發(fā)生在彈簧材料的表層,所以彈簧的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響很大。彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過(guò)程中造成的裂紋、疵點(diǎn)和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的原因。
材料表面粗糙度愈小,應(yīng)力集中愈小,疲勞強(qiáng)度也愈高。材料表面粗糙度對(duì)疲勞極限的影響。隨著表面粗糙度的增加,疲勞極限下降。在同一粗糙度的情況下,不同的鋼種及不同的卷制方法其疲勞極限降低程度也不同,如冷卷彈簧降低程度就比熱卷彈簧小。因?yàn)殇撝茻峋韽椈杉捌錈崽幚砑訜釙r(shí),由于氧化使彈簧材料表面變粗糙和產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象,這樣就降低了彈簧的疲勞強(qiáng)度。
3.材料尺寸越大,各種冷熱加工工藝產(chǎn)生缺陷的可能性越大,表面缺陷的可能性越大,從而導(dǎo)致疲勞性能下降,因此在計(jì)算彈簧疲勞強(qiáng)度時(shí)應(yīng)考慮尺寸效應(yīng)的影響。
4.冶金缺陷是指非金屬夾雜物、氣泡、元素等的偏析,表面存在的夾雜物是應(yīng)力集中的來(lái)源,會(huì)導(dǎo)致夾雜物和基體與基體界面的疲勞裂紋,通過(guò)真空熔煉、真空澆注等措施,可大大提高鋼的質(zhì)量。
5.腐蝕介質(zhì)彈簧在腐蝕介質(zhì)中工作時(shí),由于表面點(diǎn)蝕或表面晶界腐蝕而成為疲勞源,在變應(yīng)力作用下逐漸膨脹并導(dǎo)致斷裂。例如,在淡水中工作的彈簧鋼,其疲勞極限僅為空氣中疲勞極限的10%≤的25%。腐蝕對(duì)彈簧疲勞強(qiáng)度的影響不僅與彈簧在變載荷作用下的次數(shù)有關(guān),而且與彈簧的使用壽命有關(guān)。因此,在設(shè)計(jì)和計(jì)算受腐蝕影響的彈簧時(shí),應(yīng)考慮到彈簧的使用壽命。
為了保證彈簧在腐蝕條件下的疲勞強(qiáng)度,可采用不銹鋼、非鐵金屬或表面保護(hù)層等耐腐蝕材料,如涂層、氧化層、塑料噴涂層、油漆層等。實(shí)踐表明,鍍鎘可大大提高彈簧的疲勞極限。
6.溫度碳鋼的疲勞強(qiáng)度從室溫下降到120℃,從120℃提高到350℃,在溫度高于350℃后下降,在高溫下沒(méi)有疲勞極限,在高溫下工作的彈簧應(yīng)考慮耐熱鋼,在低于室溫的條件下,鋼的疲勞極限增加。