Wpływ temperatury i korozji na sprężyny

Jednym z wyzwań, na które my, jako producent sprężyn, mamy mały wpływ, jest połączenie wymaganej żywotności oraz warunków, w których sprężyna będzie miała funkcjonować. W zależności od wymagań systemu w pierwszej kolejności oceniamy, który materiał jest wystarczająco odporny na korozję i czy nadaje się do danego zastosowania. W tym samym czasie firma Alcomex decyduje, czy w określonym zakresie temperatur wybrany materiał nadal posiada właściwości mechaniczne wystarczające do funkcjonowania. Znalezienie odpowiedniej kombinacji takich cech jest często bardzo trudnym zadaniem.

Różne publikacje udostępniają specyfikacje materiału. Najbardziej popularne to:

MaterialSkładnik aktywnyNormalny zakres temperatury
Stal węglowa (C75, C85, C100)1.1248 / 1.1269 / 1.1274[-40°C do +120°C]
Inox (301, 316, 17-7 PH)1.4310 / 1.4401 / 1.4568[-150°C do +250°C]
Inconel (X750, 718, 625, 600)2.4669 / 2.4668 / 2.4856 / 2.4816[-200°C do +550°C]
Hastelloy (C4, C276)2.4610 / 2.4819[-100°C do +500°C]
MP35NWszczepialny[-200°C do +320°C]
Stop miedziowo-berylowy2.1247[-190°C do +160°C]
Brąz fosforowy2.1020[-190°C do +80°C]
Mosiądz2.0321[-190°C do +120°C]

 

Materiał i obróbka powierzchni jako rozwiązanie

Po pierwszej kontroli badane jest zastosowanie sprężyny. Może wydarzyć się, że środowisko robocze sprężyny jest tak korozyjne, że określone materiały po prostu się „rozpuszczą”. Wytrzymałość sprężyn i produktów sprężynowych jest w znacznym stopniu określana poprzez grubość drutu w stosunku do wytrzymałości na rozciąganie [N/mm2]. Grubość drutu i wytrzymałość na rozciąganie mają wpływ na stałą sprężyny, tak więc również na jej funkcjonowanie i dodatkowo na żywotność. Problemy można często rozwiązać, wybierając inny materiał. Należy jednak uważać w przypadku zastosowań uzależnionych od kosztów, ponieważ zwykle jest to zbyt drogie, dlatego że pewne bardziej egzotyczne materiały są niedostępne w formie drutów lub wąskich pasków.

Zwykle jako rozwiązanie alternatywne dla określonego nośnika może być wybrana obróbka powierzchni. Najpopularniejsze metody obróbki powierzchni to cynkowanie, fosforanowanie, niklowanie, chromowanie, malowanie proszkowe, cynowanie i srebrzenie. Wszystkie te metody obróbki powierzchni dodają określonych właściwości sprężynie, skutkiem czego wydłuża się jej żywotność, a produkt nadaje się do danego zastosowania z zachowaniem zasady mówiącej o tym, że właściwości mechaniczne nie zostają pogorszone.

Kruchość wodorowa w materiałach sprężyn

Zastosowanie obróbki powierzchni nie jest pozbawione ryzyka i jeśli przeprowadzono ją nieprawidłowo, wówczas może doprowadzić to do kruchości materiałów. Zjawisko to nazywane jest kruchością wodorową i pojawia się we wszystkich sytuacjach, w których wodór jest w stanie rozprzestrzenić się na powierzchni stali. Wpływ kruchości wodorowej na stal jest taki, że stal złamie się przy znacznie mniejszej odporności na rozciąganie niż zwykle, pomimo tego, że stal wykazuje ogromną trwałość podczas normalnych testów żywotności. Kruchość wodorowa może zostać spowodowana przez procesy obróbki powierzchni i pojawia się, gdy sprężyny są wystawione na działanie nieutleniających kwasów lub na czyszczenie katodowe i powlekanie katodowe. Uwaga: wrażliwe na to są sprężyny płytkowe / płaskie, które zostały utwardzone po odlaniu.

Ryzyko wystąpienia kruchości wodorowej jest zmniejszone, gdy zmniejszona zostanie odporność na rozciąganie oraz twardość. Ogólnie rzecz biorąc, twardość nie występuje w stali o wytrzymałości na rozciąganie na poziomie < 1000 N/mm² lub twardości na poziomie < 30 HV. Większość wodoru można usunąć dzięki dodatkowej obróbce termicznej (stałe ogrzewanie). Grubość materiału wyznacza temperaturę oraz czas trwania takiej obróbki cieplnej:

Grubość materiału < 3 mm 170°C-180°C, 5 godzin

Grubość materiału < 12 mm 190°C-210°C, 4 godziny

Stosowanie metod obróbki powierzchni rzadko kiedy nie wiąże się z ryzykiem. Firma Alcomex zawsze dokonuje takiej obróbki w porozumieniu z wyspecjalizowanymi partnerami, aby zagwarantować jak najwyższą jakość naszych produktów i rozwiązań sprężynowych.

Opracował: Marco Dekker | kierownik działu badań i rozwoju
logo alcomex