Dlaczego w pewnych warunkach nie zaleca się jednoczesnego stosowania śrub i nakrętek ze stali nierdzewnej?

W montażu przemysłowym i konserwacji urządzeń od dawna obowiązuje powiedzenie, że „wkrętów ze stali nierdzewnej nie należy stosować w połączeniu z nakrętkami ze stali nierdzewnej”. Należy podkreślić, że nie jest to absolutne tabu, ale raczej podsumowanie doświadczeń inżynierskich dotyczących ryzyka awarii w określonych warunkach pracy. Podstawowym problemem jest „zjawisko kneblowania” elementów złącznych ze stali nierdzewnej.

 

W zastosowaniach takich jak kriogeniczne kołnierze rurociągów, zbiorniki ciśnieniowe i sprzęt chemiczny, gdy śruby i nakrętki ze stali nierdzewnej pracują przez długi czas w warunkach wysokiego napięcia wstępnego, podczas demontażu często występują poważne opory obrotowe lub nawet całkowita niemożność ich usunięcia.

 

Problem ten jest szczególnie widoczny przy obciążeniu statycznym, braku smarowania i takich samych warunkach łączenia materiałów.

 

 

Z punktu widzenia inżynierii materiałowej stal nierdzewna ma dobrą ciągliwość i niską twardość powierzchni. Po dokręceniu śrub i nakrętek ze stali nierdzewnej warstwa pasywacyjna na gwintowanej powierzchni stykowej ulega łatwo zniszczeniu pod wpływem połączonego działania wysokiego ciśnienia i ciepła tarcia, a odsłonięta metalowa osnowa ulega następnie mikroskopijnemu przyleganiu. W miarę kontynuacji rotacji, przyczepność ta powtarza się i jest ścinana, co ostatecznie prowadzi do miejscowego „zgrzewania na zimno” gwintów.

 

Ponadto podczas długotrwałej-pracy elementy złączne ulegają lekkiemu odkształceniu plastycznemu pod obciążeniem, co sprawia, że ​​połączenia gwintowe są jeszcze mocniejsze i dodatkowo wzmacniają efekt tarcia. Przy próbie demontażu odwrotnego konieczne jest pokonanie nie tylko konwencjonalnej siły tarcia, ale także dodatkowego oporu generowanego przez przyleganie materiału i odkształcenie konstrukcyjne, co znacznie zwiększa trudność demontażu.

 

 

Aby zmniejszyć ryzyko zatarcia elementów złącznych ze stali nierdzewnej, w praktyce inżynierskiej powszechnie stosuje się następujące metody:

 

Po pierwsze, prawdopodobieństwo przyczepności można zmniejszyć, stosując różne materiały, na przykład śruby ze stali nierdzewnej z nakrętkami miedzianymi lub nakrętki-obrobione powierzchniowo, co zakłóca warunki przyczepności tego samego materiału na poziomie materiału.

 

Po drugie, smarowanie powierzchni gwintu przed montażem jest jedną z najskuteczniejszych metod. Typowe smary obejmują smar, grafit, dwusiarczek molibdenu,-środki przeciwzatarciowe lub impregnację woskiem. Środki te mogą znacznie zmniejszyć współczynnik tarcia i zahamować wzrost temperatury.

 

Po drugie, w środowiskach o wysokiej-temperaturze lub-wysokim obciążeniu należy preferować stosowanie specjalistycznych-środków zapobiegających zatarciu, aby zapobiec spiekaniu lub uszkodzeniom przyczepności w warunkach podwyższonej temperatury.

 

 

W porównaniu do elementów złącznych ze stali węglowej, elementy złączne ze stali nierdzewnej są bardziej podatne na blokowanie, głównie ze względu na różnice we właściwościach materiału. Biorąc za przykład zwykłą stal nierdzewną, jej twardość jest ogólnie niższa niż stali węglowej klasy 8,8, ale jej plastyczność jest lepsza. Gdy powierzchnia gwintu ulegnie uszkodzeniu, stal nierdzewna szybko tworzy nową warstwę tlenku, która jest odporna na korozję. Jednakże podczas dokręcania ta warstwa tlenku ulega ciągłemu niszczeniu i regeneracji, tworząc reakcję łańcuchową „zniszczenia-adhezji-ścinania-ponownego-adhezji”, ostatecznie prowadzącą do zablokowania.

 

Zjawisko to jest szczególnie powszechne w przypadku elementów złącznych ze stali nierdzewnej, stopów aluminium i stopów tytanu, natomiast jego prawdopodobieństwo jest stosunkowo niskie w przypadku elementów złącznych ze stali węglowej o większej twardości i mniejszej ciągliwości.

 

 

W praktycznych zastosowaniach problemy z blokowaniem często nie są spowodowane pojedynczym czynnikiem, ale raczej wynikiem wielu błędów operacyjnych. Na przykład niedopasowane właściwości mechaniczne śrub i nakrętek, obecność zadziorów lub wiórów metalowych na powierzchni gwintu lub nadmierna siła lub nadmierna prędkość dokręcania podczas montażu mogą znacznie zwiększyć ryzyko zatarcia.

 

Podczas używania klucza elektrycznego do dokręcania-z dużą prędkością temperatura pary gwintów gwałtownie wzrasta w krótkim czasie, co jest jedną z typowych przyczyn natychmiastowego zatarciaelementy złączne ze stali nierdzewnej. Co więcej, nieutrzymanie nakrętki prostopadle do osi śruby lub niezastosowanie podkładki płaskiej lub podkładki sprężystej może również prowadzić do miejscowej koncentracji naprężeń, powodując w ten sposób zatarcie.