Sep 08, 2025
잔류 스트레스는 제조 공정에서 일반적이고 중요한 문제입니다 스테인리스 스프링 。 이는 주로 소성 변형 중 재료의 불균일한 흐름에서 비롯됩니다. 스테인레스 스틸 와이어를 구부려 스프링 모양으로 감으면 내부 재료가 압축되는 동안 외부 재료가 늘어납니다. 이러한 불균일한 변형으로 인해 외부 힘이 제거된 후에도 지속되는 내부 응력이 축적됩니다.
잔류 응력은 스테인레스 스틸 스프링의 성능에 직접적이고 심각한 부정적인 영향을 미칩니다. 첫째, 스프링의 탄성 한계를 줄여 설계 하중에 도달하기 전에 영구적인 변형을 일으킵니다. 둘째, 잔류 응력은 피로 수명을 크게 감소시켜 반복적인 하중 주기 후에 스프링이 조기에 파손되도록 합니다. 더 심각한 것은 특정 부식성 환경에서 잔류 응력이 응력 부식 균열(SCC)의 유발 요인이 되어 갑작스러운 취성 파괴를 초래할 수 있다는 것입니다. 따라서 잔류 응력을 효과적으로 줄이거나 제거하는 것은 스테인레스 스틸 스프링의 높은 신뢰성과 긴 수명을 보장하는 데 중요합니다.
열처리: 잔류응력 제거를 위한 핵심기술
열처리는 스테인레스 스틸 스프링의 잔류 응력을 줄이거나 제거하는 가장 일반적이고 효과적인 방법입니다. 기본 원리는 스프링을 특정 온도로 가열하고 거기에 유지하여 재료 내의 원자가 재배열하기에 충분한 에너지를 얻을 수 있도록 하여 냉간 가공으로 인한 응력을 방출하고 재분배하는 것입니다.
1. 저온 템퍼링(스트레스 완화):
이것은 가장 일반적인 응력 완화 열처리 방법입니다. 마르텐사이트계 스테인리스강(예: 420 및 440°C)과 오스테나이트계 스테인리스강(예: 302 및 304)의 경우 일반적으로 더 낮은 온도에서 수행됩니다.
오스테나이트계 스테인리스강(302, 304 및 316): 이상적인 응력 완화 템퍼링 온도는 일반적으로 340°C에서 450°C 사이입니다. 이 온도 범위 내에서 재료는 상변화를 겪지 않지만 원자의 열 운동은 대부분의 내부 응력을 방출하기에 충분합니다. 고온은 결정립계에 탄화물이 침전되어 내식성을 감소시킬 수 있으므로 엄격한 온도 조절이 필수적입니다.
마르텐사이트 스테인리스강(410, 420 및 431): 이러한 스프링은 일반적으로 담금질 후 템퍼링되며 온도 제어가 중요합니다. 응력 완화 템퍼링 온도는 일반적으로 250-400°C 사이이므로 필요한 경도와 강도를 유지하면서 잔류 응력을 효과적으로 줄입니다.
2. 용액 처리 및 노화:
석출 경화 스테인리스강(예: 17-7PH 및 15-5PH)의 경우 최종 강도는 노화 처리에 따라 달라집니다. 성형하기 전에 와이어는 일반적으로 용액에 담겨 있어 연성이 좋습니다. 성형 후 노화는 침전 단계의 강도를 향상시킬 뿐만 아니라 잔류 응력을 효과적으로 제거합니다. 이 과정은 동시에 일어납니다.
기계적 처리: 표면 특성 및 응력 분포 개선
열처리 외에도 특정 기계적 방법은 스프링의 응력 상태, 특히 표면 잔류 응력을 효과적으로 개선할 수도 있습니다.
1. 샷 피닝:
쇼트 피닝에는 작은 강철 또는 세라믹 비드의 고속 제트를 사용하여 스프링 표면에 충격을 가하여 압축 응력층을 생성하는 작업이 포함됩니다.
원리: 쇼트 피닝에 의해 생성된 압축 응력은 표면의 인장 잔류 응력을 상쇄할 수 있습니다. 피로 균열은 일반적으로 표면에서 시작되므로 이 압축 응력층은 균열 전파를 효과적으로 방해하여 스프링의 피로 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.
응용 분야: 샷 블라스팅은 자동차 엔진 밸브 스프링 및 항공우주 산업의 중요 스프링과 같이 높은 순환 하중이나 극한 작동 조건을 받는 스프링에 특히 적합합니다.
2. 프리스트레싱:
"압축" 또는 "설정"이라고도 알려진 프리스트레싱은 잔류 응력을 적극적으로 제거하는 방법입니다.
원리: 스프링이 제조된 후 설계 하중을 초과하는 압축력이나 비틀림력이 가해져 약간의 영구적인 소성 변형이 발생합니다. 이 공정은 스프링 내의 응력을 재분배하여 하중이 제거된 후 작업 하중의 반대 방향으로 잔류 응력을 생성합니다.
효과: 이러한 역전된 잔류 응력은 작업 응력의 일부를 상쇄하여 실제 사용 시 응력 수준을 감소시켜 스프링의 하중 지지 능력과 피로 저항성을 향상시킬 수 있습니다.
공정 제어 및 재료 선택
소스에서 잔류 응력 생성을 제어하는 것도 중요합니다.
올바른 와이어 선택: 고품질의 균일한 스테인레스 스틸 와이어를 선택하는 것이 필수적입니다. 부적절한 냉간 인발 또는 냉간 압연 공정은 과도한 내부 응력을 유발할 수 있습니다.
성형 공정 최적화: 권선 속도 및 공급 속도와 같은 권선기 매개변수를 조정하면 보다 균일한 재료 변형을 달성할 수 있습니다. 고급 CNC 장비는 성형 공정을 보다 정밀하게 제어하여 불균일한 변형을 줄일 수 있습니다.
정밀한 공정 제어: 공장에 들어가는 와이어부터 최종 열처리까지 모든 단계에서 엄격한 공정 매개변수 제어가 필요합니다. 예를 들어, 열처리로의 온도 균일성, 램프업 및 램프다운 속도, 유지 시간을 정확하게 모니터링해야 합니다.
