Правило заключается в следующем: практически у всех пружин модуль сдвига уменьшается с ростом температуры. Модуль сдвига (G) – механическое свойство твёрдых материалов, тел, характеризующее степень их упругости и поддающееся измерению.
Речь идёт о способности материала, сохраняя объём, сопротивляться изменению формы, то есть под воздействием высоких температур пружины подвергаются тепловому расширению, при воздействии низких – сжатию. Это влияет на их размеры и свойства, приводя со временем к поломке.
В зависимости от материала изготовления рабочая температура пружин варьируется. Ниже мы расскажем, в каких температурных диапазонах работают разные виды пружин.
Температура от -60 °C до +120 °С считается нормой. В данном диапазоне наиболее широко применяют пружины, изготовленные из традиционной (легированной или углеродистой) стали, обеспечивающей оптимальное соотношение механических свойств и цены.
Какие пружины работают при высоких температурах
Для работы в высокотемпературных средах детали изготавливают из жаростойких сплавов и называют термостойкими, или высокотемпературными. Кроме жаропрочности, элементы обладают другими важными свойствами. Например, они устойчивы ко многим агрессивным средам, механическим напряжениям.
К таким относятся изделия из следующих разновидностей металлов:
- стальной сплав, устойчивый к коррозии 12Х18Н10Т. Изделия сохраняют все свои свойства при температурных показателях до +250 °C. Кроме этого, благодаря тому, что это низкоуглеродистый металл, такие изделия хорошо себя показывают при контакте с агрессивными жидкостями и газами. Например, они могут использоваться в механизмах, контактирующих с щелочами, рассолами, морской водой и т.д. Плёнка из оксида хрома, которая образуется на поверхности металла, наделяет его способностью сопротивляться коррозии;
- титанового сплава ВТ16. Обладают малой плотностью и низким модулем упругости, не теряют своих свойств при +200 °С в парах морской воды и при температуре до +350 °C в воздушной среде, способны выдерживать кратковременный нагрев до +500 °C. Кроме того, при равных условиях титановые пружины легче стальных почти в два раза, но при этом их срок эксплуатации в 10 раз больше. Такие элементы нашли широкое применение в медицинской технике, их активно используют в морском, авиационном и даже космическом оборудовании. Учитывая все достоинства, несмотря на высокую стоимость, применение таких пружин на 100 % экономически оправданно;
- хромоникелевого сплава ХН77ТЮР. Металл обеспечивает упругие свойства пружин в температурном интервале от -253 °C до +500 °C. В течение ограниченного времени рекомендуемый максимум эксплуатации составляет +750 °C;
- устойчивого к высоким температурам сплава с добавлением хрома и никеля ХН70МВЮ-ВД. Изделия сохраняют свойства при +800 °C. Допустима длительная эксплуатация на воздухе при температуре до +500 °С, а также в горячих парах морской воды при температурном показателе до +200 °С.
Кроме жаропрочности и устойчивости к коррозии, кислым средам, другими важными свойствами двух последних групп изделий из никеля являются сохранение пластичности и стойкость к хрупкому разрушению при крайне низких температурных показателях.
Какие пружины работают при низких температурах
Современные производители предлагают пружины, которые не меняют рабочих характеристик при -200 °C. Данные изделия производят из следующих видов стали:
- 1.4310 / X12CrNi177 – сталь V2A с антикоррозийными свойствами;
- 1.4401 / X5CrNiMo171-12-2 – немагнитная сталь V4A, с хорошей релаксацией (снижением существующего напряжения при постоянной деформации металла) и устойчивостью к коррозии.
В изготовлении пружин, которые эксплуатируют при низких температурах, также применяют другие металлы и их сплавы:
- пружинную немагнитную, устойчивую к коррозии паяемую бронзу;
- немагнитную проволоку из латуни;
- устойчивый к коррозии, высоким температурам титановый сплав;
- немагнитную медь-бериллий, которая не даёт искры и устойчива к коррозии.
Продукция из перечисленных металлов находит своё применение в системах охлаждения, авиационной, космической промышленности и многих других отраслях.
Обратите внимание: наиболее сложные условия окружающей среды, вызывающие изменение характеристик пружин, связаны не только с высокими и низкими температурами, но и с коррозией, спровоцированной влажностью и химикатами. По этой причине с точки зрения функциональности, чтобы подготовиться к требованиям окружающей среды и обеспечить максимальный срок службы конкретного изделия, необходимо точно знать условия эксплуатации.