Śruba ze stali nierdzewnej podczas dokręcania nagle się „zakleszcza”, a dalszy nacisk powoduje jej zerwanie lub zerwanie gwintu – to zacieranie (galling, zwane też zgrzewaniem na zimno). Jest ono szczególnie częste w elementach złącznych ze stali nierdzewnej i nie ma związku z klasą wytrzymałości ani dokładnością gwintu.
Jednozdaniowa diagnoza
Zacieranie to „zgrzanie się” powierzchni trących pod wysokim naciskiem: warstwa pasywna ulega przetarciu, odsłonięty metal wchodzi w bezpośredni kontakt, a pod wpływem nacisku i ciepła tarcia dochodzi do miejscowego zgrzania. Istnieją cztery rozwiązania: smarowanie, dobór pary materiałów, sposób formowania gwintu i nawyki montażowe.
Dlaczego stal nierdzewna szczególnie łatwo ulega zacieraniu
- Wysoka plastyczność i szybkie umocnienie odkształceniowe: punkty styku szybko twardnieją pod obciążeniem, a cząstki zużycia nie odpadają łatwo, lecz wciskają się między zwoje gwintu;
- Bardzo cienka warstwa pasywna: kilka nanometrów, ulega przetarciu przy pierwszym kontakcie, po czym metal styka się bezpośrednio;
- Słabe przewodnictwo cieplne: ciepło tarcia koncentruje się w punktach styku, a wzrost temperatury sprzyja zgrzewaniu;
- Para z tego samego materiału: gdy śruba i nakrętka są wykonane ze stali 304/316, zgrzewanie na zimno między tym samym metalem jest najbardziej prawdopodobne.
Cztery rozwiązania (w kolejności od najłatwiejszego do wdrożenia)
① Smarowanie (najbardziej bezpośrednie):
- Stosować specjalne środki przeciwzacierne do stali nierdzewnej (zawierające dwusiarczek molibdenu, grafit lub cząstki ceramiczne), nakładane na gwint i powierzchnię oporową;
- Uwaga: zwykłe smary nie nadają się do środowisk wysokotemperaturowych ani próżniowych; w przemyśle spożywczym/farmaceutycznym należy stosować smary dopuszczone do kontaktu z żywnością lub smary suche;
- Smarowanie zmienia zależność momentu od siły napięcia wstępnego, moment montażowy należy ponownie skalibrować, w przeciwnym razie dojdzie do przeciążenia.
② Dobór pary materiałów:
- Śruba i nakrętka z różnych gatunków lub o różnej twardości (np. śruba 304 + nakrętka 316 lub zestaw A2 + A4), aby ograniczyć zgrzewanie tego samego metalu;
- Alternatywnie nakrętka ze stopu miedzi lub nakrętka powlekana (należy jednak uwzględnić korozję galwaniczną i wytrzymałość).
③ Sposób formowania gwintu:
- Gwintowanie na zimno (walcowanie) lepsze od toczenia: walcowanie powoduje umocnienie odkształceniowe i naprężenia ściskające w warstwie wierzchniej, powierzchnia jest gładsza, a odporność na zacieranie wyraźnie lepsza;
- Gwint toczony ma ślady noża, które są „linią startu” zacierania.
④ Nawyki montażowe:
- Nie dokręcać narzędziami pneumatycznymi/elektrycznymi na wysokich obrotach od razu do końca – ciepło tarcia przy dużej prędkości katalizuje zacieranie;
- Najpierw dokręcić ręcznie do oporu, a następnie użyć klucza dynamometrycznego;
- W miejscach wielokrotnie demontowanych każdorazowo nanosić świeży smar;
- Unikać zadziorów, opiłków i ziaren piasku na gwincie (zanieczyszczenie sprzyja zacieraniu).
Co zrobić, gdy już doszło do zacierania
- Nie dokręcać na siłę – zerwanie śruby jest dziesięć razy bardziej kłopotliwe niż odkręcenie nakrętki;
- Spróbować delikatnego ruchu w obie strony (najpierw lekko dokręcić, potem poluzować) – czasem pozwala to przełamać punkt zgrzania;
- Miejscowe podgrzanie (uwaga na wpływ ciepła i uszczelki), nasączenie olejem penetrującym;
- Ostateczność: wycięcie/rozwiercenie i usunięcie – najwyższy koszt.
Częste pułapki
- Suche wkręcanie (bez smarowania) dużych śrub ze stali nierdzewnej – prawie zawsze kończy się zatarciem;
- Stosowanie momentów dokręcania przewidzianych dla śrub ze stali węglowej do śrub ze stali nierdzewnej (różne współczynniki tarcia);
- Dodanie smaru bez korekty momentu – rzeczywista siła napięcia wstępnego przekracza wartość projektową, śruba ulega przeciążeniu;
- W zamówieniu podano tylko „śruba 304”, bez określenia sposobu formowania gwintu i wymogu obróbki przeciwzaciernej.
Prosimy podać specyfikację, materiał, środowisko pracy (czy występuje wysoka temperatura/kontakt z żywnością) oraz sposób montażu – doradzimy, czy konieczny jest środek przeciwzacierny, dobór pary materiałów oraz wybór gwintowania walcowanego/toczonego – zatarta śruba często kosztuje cały kołnierz.
