Oct 27, 2025
クリープとは、一定の応力が長期間にわたってかかる固体材料のゆっくりとした永久的な塑性変形です。のために ステンレス鋼トーションスプリング 、クリープは、復元トルクの段階的な減少 (専門的には一定のたわみ下の応力緩和として知られています)、または一定の荷重下のたわみ角の連続的な増加として現れます。この現象は、スプリングの長期的な精度と信頼性に直接影響します。専門的な観点から見ると、ステンレス鋼のねじりばねにおけるクリープの顕著な発生は、主に次の 3 つの統合された要因の相乗効果によって影響されます。
1. 臨界温度の影響
温度は、クリープが大幅に発生するかどうかを決定する主な要因です。クリープは理論的にはどの温度でも発生しますが、その速度は特定のしきい値を超えた場合にのみエンジニアリング用途に重大な影響を与えます。
融点の相関関係: 従来の金属材料理論では、クリープは通常、材料の絶対融解温度を約 0.4Tm 超えると顕著になることが示唆されています。ステンレス鋼 (300 シリーズなど) は融点が高くなりますが、スプリング ワイヤーには高い応力がかかるため、クリープが発生する実際の温度ははるかに低くなります。
ステンレス鋼の使用温度: 一般に、標準オーステナイト系ステンレス鋼 (SUS 304 または 302 など) のトルク スプリングの推奨最高使用温度は約 250°C ～ 300°C です。
使用温度が 100°C 未満の場合、クリープ速度は非常に小さく、無視できます。
加工温度が150℃を超えると、特に200℃～300℃の範囲では、熱エネルギーによりステンレス鋼内部の転位移動や空孔拡散が活発になり、塑性変形が促進され、クリープ現象が顕著になります。
2. 高ストレスレベルの触媒効果
同じ温度条件下では、加えられた応力レベルがクリープを加速する主な原動力となります。ねじりバネの場合、この応力は特に曲げ応力を指します。
応力と降伏強度: クリープは、材料の降伏強度をはるかに下回る応力レベルで発生するという点で独特です。ただし、応力が弾性限界に近づくほど、クリープ速度は高くなります。
ばねの設計: ねじりばねを設計する場合、最大使用応力がステンレス鋼材料の比例限界の臨界パーセンテージ (たとえば、60% または 70%) を超えると、長期間にわたってクリープが蓄積し、室温であっても重大な寸法不安定性が発生する可能性があります。高い応力は格子抵抗を克服するために必要な活性化エネルギーを提供し、転位クリープの発生を加速します。
応力緩和: 一定のたわみのアプリケーションでは、高い応力が直接応力緩和の加速につながります。この弛みは最終的にトルク損失として現れ、これがスプリングが意図した機能を維持できない主な理由です。
3. 持続的な負荷時間
クリープは、典型的な時間依存の変形です。ばねに負荷がかかった状態が長くなるほど、累積クリープひずみは大きくなります。
クリープの 3 段階: クリープ プロセスは通常、次の 3 段階に分かれています。
一次クリープ: ひずみ速度は徐々に減少します。これは、ばねに最初の負荷がかかるときのひずみ硬化が支配的な段階です。
二次クリープ: ひずみ速度は基本的に一定のままです。これは硬化と軟化 (つまり回復) の平衡段階であり、スプリングの耐用年数の大部分を占めます。
三次クリープ: 破壊に至るまでひずみ速度が急激に増加します。トルク スプリングの実際の用途では、この段階は通常許可されません。
長期静荷重: バルブ スプリングや特定のクランプ機構など、長期間にわたって固定角度を維持する必要がある静荷重アプリケーションでは、時間が非常に重要です。比較的低い応力と温度であっても、数年または数十年にわたる累積荷重により、ばねの永久歪みが許容値を超える可能性があります。
4. 材料の微細構造の影響
ステンレス鋼線の微細構造と製造プロセスは、耐クリープ性に決定的な影響を与えます。
冷間加工硬化: ステンレス鋼のスプリング ワイヤーは、通常、高強度を達成するために、高い割合で冷間引抜きを受けます。冷間加工によって導入された高密度の転位により、室温での耐クリープ性が向上します。ただし、温度が上昇すると、これらの転位が回復し始め、応力緩和性能が低下する可能性があります。
析出硬化: 一部の高強度ステンレス鋼グレード (17-7 PH ステンレス鋼など) は析出硬化メカニズムを利用しています。適切な熱処理と時効により、微細な析出物が形成され、転位が効果的に固定され、高温クリープ耐性が大幅に向上します。
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