Чому за певних умов не рекомендується використовувати разом гвинти та гайки з нержавіючої сталі?

У промисловій збірці та обслуговуванні обладнання давно побутує вислів про те, що «гвинти з нержавіючої сталі не можна використовувати з гайками з нержавіючої сталі». Важливо підкреслити, що це не абсолютне табу, а скоріше підсумок інженерного досвіду щодо ризиків відмови в конкретних умовах роботи. Основною проблемою є «феномен задирання» кріплень з нержавіючої сталі.

 

У таких застосуваннях, як фланці кріогенних трубопроводів, резервуари під тиском і хімічне обладнання, коли болти та гайки з нержавіючої сталі тривалий час експлуатуються в умовах високого попереднього навантаження, під час розбирання часто виникає сильний опір обертанню або навіть повна неможливість їх зняти.

 

Ця проблема особливо помітна при статичному навантаженні, відсутності змащення та однакових умовах сполучення матеріалів.

 

 

З точки зору матеріалознавства, нержавіюча сталь має хорошу пластичність і низьку поверхневу твердість. Коли гвинти та гайки з нержавіючої сталі затягуються, пасиваційна плівка на різьбовій контактній поверхні легко руйнується під дією високого тиску та тепла від тертя, а оголена металева матриця піддається мікроскопічній адгезії. У міру того, як обертання продовжується, це зчеплення виникає неодноразово та розривається, що зрештою призводить до локального «холодного зварювання» ниток.

 

Крім того, під час тривалої-експлуатації кріплення зазнають незначної пластичної деформації під навантаженням, що робить різьбові з’єднання ще міцнішими та додатково посилює ефект тертя. При спробі розібрати у зворотному напрямку необхідно подолати не лише звичайну силу тертя, але й додатковий опір, створений адгезією матеріалу та структурною деформацією, що значно ускладнює розбирання.

 

 

Для зниження ризику заїдання кріпильних елементів з нержавіючої сталі в інженерній практиці зазвичай використовуються наступні методи:

 

По-перше, ймовірність зчеплення можна зменшити, використовуючи різнорідні матеріали, як-от болти з нержавіючої сталі з мідними гайками або гайки з поверхнево-обробленою поверхнею, що порушує умови зчеплення того самого матеріалу на рівні матеріалу.

 

По-друге, змащення поверхні різьблення перед складанням є одним з найефективніших методів. Звичайні мастильні матеріали включають мастило, графіт, дисульфід молібдену, анти-задирні агенти або воскове просочування. Ці заходи дозволяють істотно знизити коефіцієнт тертя і придушити підвищення температури.

 

По-друге, у середовищах з високою-температурою або високим{1}}навантаженням слід переважно використовувати спеціалізовані анти{2}}задирні речовини, щоб запобігти спіканню або порушенню адгезії за умов підвищеної температури.

 

 

Порівняно з кріпленнями з вуглецевої сталі, кріплення з нержавіючої сталі більш схильні до блокування, насамперед через відмінності у властивостях матеріалу. Взявши як приклад звичайну нержавіючу сталь, її твердість, як правило, нижча, ніж у вуглецевої сталі класу 8,8, але її пластичність краща. Коли поверхня різьби пошкоджена, нержавіюча сталь швидко утворює нову оксидну плівку, щоб протистояти корозії. Однак під час затягування ця оксидна плівка постійно руйнується та регенерується, утворюючи ланцюгову реакцію «руйнування-адгезії-зсуву-повторного-адгезії», що зрештою призводить до блокування.

 

Це явище особливо поширене у кріпленнях з нержавіючої сталі, алюмінієвих сплавів і титанових сплавів, тоді як його ймовірність порівняно низька у кріпленнях з вуглецевої сталі з вищою твердістю та меншою пластичністю.

 

 

У практичних застосуваннях проблеми з блокуванням часто спричинені не одним фактором, а скоріше результатом кількох операційних помилок. Наприклад, невідповідність ступенів механічних властивостей гвинтів і гайок, наявність задирок або металевої стружки на поверхні різьби або надмірне зусилля або надмірна швидкість затягування під час встановлення можуть значно збільшити ризик заїдання.

 

Під час використання електрогайкового ключа для високо-швидкісного затягування температура різьбової пари різко підвищується за короткий проміжок часу, що є однією з типових причин миттєвого заїданнякріплення з нержавіючої сталі. Крім того, нездатність тримати гайку перпендикулярно до осі болта або невикористання плоскої шайби або пружинної шайби також може призвести до локальної концентрації напруги, таким чином викликаючи заїдання.