Kantige Spiralfedern aus Inconel 718 mit Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit und effizienter Tragfähigkeit

Abstrakt

Dieser Artikel bietet eine detaillierte Einführung in Inconel 718-Schraubenfedern, geneigt, die sich mit ihren Materialeigenschaften, strukturellen Merkmalen, Leistungsvorteilen, Anwendungsbereichen und Herstellungsverfahren befassen. Diese Federn nutzen die hohe Festigkeit, die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die gute Oxidationsbeständigkeit und die thermische Stabilität von Inconel 718 in Kombination mit einzigartigen Strukturen wie z. B. gekanteten Windungen und besitzen Eigenschaften wie hohe Elastizität, gute Ermüdungsbeständigkeit sowie geringe Reibung und Verschleiß. Sie finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Petrochemie, der Energie- und Kraftwerkstechnik und anderen Bereichen. Außerdem werden die wichtigsten Glieder des Herstellungsprozesses erläutert.

Im Industriesektor müssen viele Geräte und Systeme unter extremen Bedingungen stabil arbeiten, was extrem hohe Anforderungen an ihre Komponenten stellt. Als wichtiges elastisches Element spielen Federn eine entscheidende Rolle bei der Stoßdämpfung, Pufferung, Energiespeicherung usw. Herkömmliche Federn erfüllen jedoch oft nicht die Anforderungen unter rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen, hohem Druck und starker Korrosion. Die geneigten Spiralfedern aus Inconel 718 sind Hochleistungskomponenten, die entwickelt wurden, um mit solchen harten Arbeitsbedingungen fertig zu werden. Sie kombinieren den hochwertigen Werkstoff Inconel 718 mit einer einzigartigen, schrägen Spulenstruktur, die sich durch eine hervorragende Leistung auszeichnet.

Materialeigenschaften

• Hohe Festigkeit: Nach der Lösungsbehandlung und der Alterungshärtung hat Inconel 718 eine extrem hohe Festigkeit. Seine Streckgrenze ist in der Regel über 1000MPa, und seine Zugfestigkeit kann 1300MPa oder sogar höher erreichen, so dass es große Lasten zu tragen und für Gelegenheiten mit hohen Festigkeitsanforderungen geeignet sein.

• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit: Die Legierung enthält eine große Menge an Nickel, Chrom, Molybdän und anderen Elementen, wodurch sie in verschiedenen korrosiven Umgebungen gut funktioniert. Sie weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit in Chloridlösungen, Schwefelsäure, Phosphorsäure und anderen korrosiven Medien auf und kann Lochfraß, Spaltkorrosion, Spannungsrisskorrosion und anderen Korrosionsformen wirksam widerstehen.

• Gute Oxidationsbeständigkeit: In Hochtemperaturumgebungen bildet sich eine dichte Oxidschicht auf der Oberfläche von Inconel 718. Dieser Oxidfilm kann verhindern, dass Sauerstoff weiter mit der Legierungsmatrix reagiert, wodurch er eine gute Oxidationsbeständigkeit aufweist und in oxidierenden Hochtemperaturatmosphären lange Zeit stabil arbeiten kann.

• Thermische Stabilität: Es hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. In Umgebungen mit großen Temperaturschwankungen können Inconel 718-Schrägfedern eine gute Dimensionsstabilität beibehalten und die durch thermische Ausdehnung und Kontraktion verursachten Leistungsänderungen reduzieren. Gleichzeitig verfügt es auch bei hohen Temperaturen über gute mechanische Eigenschaften mit hoher Kriech- und Bruchfestigkeit und kann Belastungen bei hohen Temperaturen lange Zeit ohne offensichtliche Verformung und Versagen standhalten.

Strukturelle Merkmale

• Kantige Spulenstruktur: Die Spulen aus Inconel 718 schräge Schraubenfedern sind in einem bestimmten Winkel zur Achse geneigt. Diese einzigartige Struktur ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der Kraft auf jede Windung, wenn die Feder belastet wird. Im Vergleich zu herkömmlichen geraden Schraubenfedern wird das Phänomen der Spannungskonzentration deutlich verbessert, wodurch die Tragfähigkeit und Lebensdauer der Feder erhöht wird.

• Variabler Helix-Winkel: Der Schrägungswinkel von Schraubenfedern kann je nach den spezifischen Anwendungsanforderungen ausgelegt und angepasst werden. Durch Änderung der Größe des Schrägungswinkels können Leistungsparameter wie Steifigkeit, elastische Verformungsfähigkeit und Tragfähigkeit der Feder geändert werden, um sie an unterschiedliche Arbeitsbedingungen und Lastanforderungen anzupassen.

• Kompakte Bauweise: Aufgrund der kantigen Windungen der kantigen Schraubenfeder können bei gleichem Außendurchmesser und gleicher Höhe mehr Windungen untergebracht werden, wodurch sich die elastische Verformung und die Energiespeicherkapazität der Feder erhöhen und eine kompakte Bauweise erreicht wird, was bei einigen platzbeschränkten Gelegenheiten offensichtliche Vorteile hat.

Leistungsvorteile

• Hohe Elastizität und Energieabsorptionsfähigkeit: Inconel 718-Schraubenfedern haben einen hohen Elastizitätsmodul und ein gutes elastisches Verformungsvermögen. Sie können eine große elastische Verformung erfahren, wenn sie Lasten tragen und die durch äußere Kräfte geleistete Arbeit in elastische potenzielle Energie zur Speicherung umwandeln. Nach der Entlastung kann die Feder schnell in ihre ursprüngliche Form zurückkehren und die gespeicherte elastische potenzielle Energie freisetzen, wodurch die Funktion der Energieaufnahme und -abgabe realisiert wird.

• Gute Ermüdungsbeständigkeit: Inconel 718 selbst hat eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit. In Verbindung mit dem vernünftigen strukturellen Design der geneigten Schraubenfeder hat die Feder eine lange Ermüdungslebensdauer unter zyklischen Belastungen durch wiederholtes Be- und Entladen. Nach Millionen oder sogar Dutzenden Millionen zyklischer Belastungen kann sie immer noch eine gute Leistung beibehalten, ist nicht anfällig für Ermüdungsbrüche und andere Fehlerformen und verbessert die Zuverlässigkeit und Stabilität der Ausrüstung.

• Niedrige Reibungs- und Verschleißeigenschaften: Während des Betriebs der geneigten Schraubenfeder ist die relative Bewegung zwischen den Windungen gering, und die Reibung und der Verschleiß sind entsprechend reduziert. Gleichzeitig verfügt Inconel 718 über eine gute Verschleißfestigkeit, was den Verschleißgrad der Feder während des Gebrauchs weiter reduziert, das Risiko einer verschleißbedingten Leistungsverschlechterung und eines Ausfalls der Feder verringert, die Lebensdauer der Feder verlängert und die Wartungskosten senkt.

Anwendungsbereiche

• Bereich Luft- und Raumfahrt: Wird in Teilen wie dem Kraftstoffeinspritzsystem von Flugzeugtriebwerken, der Stoßdämpfungsvorrichtung des Fahrwerks und dem Stellglied von Flugsteuerungssystemen verwendet. Es kann unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, hohem Druck und starken Vibrationen zuverlässig arbeiten und gewährleistet einen sicheren Flug und eine stabile Leistung des Flugzeugs.

• Petrochemische Industrie: Bei der Erdölförderung, Raffination und chemischen Produktion können Inconel 718-Schraubenfedern in verschiedenen Pumpen, Ventilen, Pipelineanschlüssen und anderen Geräten zur Abdichtung, Stoßdämpfung, Kompensation der Wärmeausdehnung usw. eingesetzt werden. Sie können der Korrosion von Erdöl und chemischen Medien sowie den Auswirkungen von hohen Temperaturen und hohem Druck widerstehen und gewährleisten einen langfristigen stabilen Betrieb der Ausrüstung.

• Bereich Energie und Leistung: In Energieanlagen wie Kernkraftwerken, Wärmekraftwerken und Windkraftanlagen können Inconel 718-Schrägzugfedern in Komponenten von Dampfturbinen, Generatoren, Kesseln usw. verwendet werden, z. B. zur Unterstützung, Stoßdämpfung, Abdichtung und für andere Funktionen. Sie können in rauen Umgebungen, wie z. B. bei hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und starker Strahlung, gute Leistungen erbringen und den normalen Betrieb von Energieanlagen und die stabile Stromversorgung gewährleisten.

Herstellungsprozess

• Vorbereitung des Rohmaterials: Als Rohmaterial werden hochwertige Inconel 718-Stangen, -Drähte oder -Platten ausgewählt. Die Rohstoffe werden streng geprüft und getestet, um sicherzustellen, dass ihre chemische Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften den Anforderungen entsprechen.

• Umformende Bearbeitung: Moderne Verarbeitungstechnologien wie CNC-Wickeln, Kalt- oder Warmumformung werden eingesetzt, um die Rohmaterialien in die Form von kantigen Schraubenfedern zu bringen. Während des Formprozesses ist es notwendig, Verarbeitungsparameter wie Spulendurchmesser, Steigung und Schrägungswinkel genau zu kontrollieren, um die Maß- und Formgenauigkeit der Feder zu gewährleisten.

• Wärmebehandlung: Die geformten Schraubenfedern werden einer Lösungsbehandlung und einer Alterungsbehandlung unterzogen, um ihre Festigkeit, Härte und Ermüdungsbeständigkeit zu verbessern. Die Lösungsbehandlung kann die inneren Spannungen in der Feder beseitigen und die Legierungselemente vollständig in der Matrix auflösen; die Alterungshärtungsbehandlung kann die mechanischen Eigenschaften der Feder durch die Ausscheidung von feinen Verstärkungsphasen weiter verbessern.

Inconel 718-Schraubenfedern, geneigt spielen aufgrund ihrer ausgezeichneten Materialeigenschaften, ihrer einzigartigen Konstruktion und ihrer hervorragenden Leistung in vielen Bereichen mit hohen Anforderungen an die Bauteile eine unersetzliche Rolle. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der industriellen Technologie wird die Nachfrage nach solchen Hochleistungsfedern weiter steigen, und auch ihre Herstellungsverfahren werden ständig optimiert und verbessert. Es wird erwartet, dass sie in Zukunft in einem breiteren Spektrum von Bereichen eingesetzt werden und den stabilen Betrieb von Industrieanlagen zuverlässiger gewährleisten.