Почему при определенных условиях не рекомендуется использовать вместе винты и гайки из нержавеющей стали?

В сфере промышленной сборки и обслуживания оборудования уже давно существует поговорка о том, что «винты из нержавеющей стали нельзя использовать с гайками из нержавеющей стали». Важно подчеркнуть, что это не абсолютное табу, а скорее обобщение инженерного опыта относительно рисков отказов в конкретных условиях работы. Основной проблемой является «феномен заедания» крепежных изделий из нержавеющей стали.

 

В таких приложениях, как фланцы криогенных трубопроводов, сосуды под давлением и химическое оборудование, когда болты и гайки из нержавеющей стали находятся в эксплуатации в течение длительного времени в условиях высокой предварительной нагрузки, во время разборки часто возникает сильное сопротивление вращению или даже полная невозможность их снять.

 

Эта проблема особенно заметна при статической нагрузке, отсутствии смазки и одинаковых условиях соединения материалов.

 

 

С точки зрения материаловедения нержавеющая сталь обладает хорошей пластичностью и низкой поверхностной твердостью. Когда винты и гайки из нержавеющей стали затягиваются, пассивационная пленка на резьбовой контактной поверхности легко разрушается под совместным действием высокого давления и тепла трения, а затем оголенная металлическая матрица подвергается микроскопической адгезии. По мере продолжения вращения это сцепление возникает неоднократно и разрушается, что в конечном итоге приводит к локальной «холодной сварке» нитей.

 

Кроме того, в ходе длительной-службы крепеж подвергается небольшой пластической деформации под нагрузкой, что делает резьбовые соединения еще более плотными и еще больше усиливает эффект трения. При попытке разборки в обратном направлении необходимо преодолеть не только обычную силу трения, но и дополнительное сопротивление, создаваемое прилипанием материала и деформацией конструкции, что значительно увеличивает сложность разборки.

 

 

Для снижения риска заклинивания крепежных изделий из нержавеющей стали в инженерной практике обычно применяют следующие методы:

 

Во-первых, вероятность адгезии можно снизить, используя разнородные материалы, например, используя болты из нержавеющей стали с медными гайками или гайками с-обработанной поверхностью, что нарушает условия адгезии одного и того же материала на уровне материала.

 

Во-вторых, смазка поверхности резьбы перед сборкой – один из наиболее эффективных методов. Обычные смазочные материалы включают смазку, графит, дисульфид молибдена, противозадирные средства или восковую пропитку. Эти меры позволяют существенно снизить коэффициент трения и подавить рост температуры.

 

Во-вторых, в условиях высоких-температур или высоких-нагрузок следует предпочтительно использовать специализированные противо-захватывающие средства, чтобы предотвратить спекание или нарушение адгезии в условиях повышенных температур.

 

 

По сравнению с крепежными деталями из углеродистой стали крепежные детали из нержавеющей стали более склонны к заклиниванию, в первую очередь из-за различий в свойствах материалов. Если взять в качестве примера обычную нержавеющую сталь, ее твердость обычно ниже, чем у углеродистой стали марки 8,8, но ее пластичность лучше. Когда поверхность резьбы повреждена, нержавеющая сталь быстро образует новую оксидную пленку, противостоящую коррозии. Однако во время затяжки эта оксидная пленка постоянно разрушается и регенерируется, образуя цепную реакцию «разрушения-адгезии-сдвига-повторной-адгезии», что в конечном итоге приводит к запиранию.

 

Это явление особенно распространено в крепежных изделиях из нержавеющей стали, алюминиевых и титановых сплавов, тогда как его вероятность относительно невелика в крепежных изделиях из углеродистой стали с более высокой твердостью и меньшей пластичностью.

 

 

В практических приложениях проблемы с блокировкой часто вызваны не каким-то одним фактором, а скорее результатом множества эксплуатационных ошибок. Например, несоответствующие классы механических свойств винтов и гаек, наличие заусенцев или металлической стружки на поверхности резьбы, а также чрезмерное усилие или чрезмерная скорость затяжки во время установки могут значительно увеличить риск заедания.

 

При использовании электрического ключа для высокоскоростной-скоростной затяжки температура резьбовой пары за короткий период резко возрастает, что является одной из типичных причин мгновенного заклиниваниякрепеж из нержавеющей стали. Кроме того, неспособность удерживать гайку перпендикулярно оси болта или неиспользование плоской или пружинной шайбы также может привести к локализованной концентрации напряжений, вызывая тем самым заедание.