有很多的應用場合要求緊固件不能出現生銹,除了使用表面處理的方法實現防銹外,不銹鋼緊固件也是一個很好的選擇。
但是有不少都遇到過不銹鋼螺栓和螺母在擰緊的過程中出現鎖死(也稱為“咬死”、“粘連”、“冷焊”等)現象。這是怎么回事呢?
我們知道不銹鋼之所以不銹,是因為其表面有一層氧化鉻。而在螺栓鎖緊時,螺紋嚙合產生的高壓(可達數百MPa)和摩擦熱(局部溫度可升至300°C以上)會破壞此氧化膜,暴露出底部高活性的“原始”金屬表面。
沒有了保護性氧化層后,裸露的金屬表面間直接接觸,不銹鋼不僅摩擦系數較高,導熱系數也很低(通常為碳鋼的1/3),這會導致熱量易產生但卻無法快速散失。
螺牙在高溫下軟化,隨著擰緊的過程而發生剪切和粘連,形成冷焊現象。隨著繼續擰緊,螺紋的粘合區域會被撕裂,形成微小的金屬顆粒。這些顆粒會堵塞螺紋路徑,進而產生更大的摩擦、熱量和壓力,形成惡性循環,短時間內就可以導致螺母和螺栓鎖死。
如果螺栓擰緊時還存在以下因素:螺紋對齊不佳(安裝傾斜)、螺紋表面有異物(如焊點、金屬屑)或螺牙粗糙度大、擰緊力過大或速度過快等,這都會加劇鎖死發生的風險。
當出現螺牙粘連、鎖死的情況下,所需的擰緊扭矩值增加,這時再用給定的擰緊力矩值擰緊就無法產生有效的預緊力。這種問題在擰緊操作期間不易識別到,從外部卻又看不出來。在鎖死發生之后,螺栓/螺母雖不會出現旋轉松動問題,但是連接處由于缺乏適當預緊力作用,受載時可能出現疲勞失效。
那如何避免不銹鋼螺紋的鎖死現象發生呢?
先就是要清潔并檢查螺紋,確保螺栓和螺母螺紋清潔,無污垢、金屬顆粒和其他碎屑。粗糙或損壞的螺紋會增加摩擦力,增加咬合風險。
其次,可以對螺紋進行潤滑。比如涂抹蠟基、鎳基或聚四氟乙烯基防卡潤滑劑。這可以減少摩擦,是防止咬合最有效的方法之一。有些廠家推薦的防卡潤滑劑中也包含銅基、石墨等潤滑劑,但使用時需特別注意。比如有些環境中使用銅基防卡劑會導致電化學腐蝕;對于石墨的潤滑劑,溫度達到一定程度時碳和鉻會發生反應,在晶粒邊界處形成碳化鉻,從而降低不銹鋼的抗腐蝕能力。
擰緊過程中注意使用合適的工具并控制速度。安裝時,請使用扭矩扳手或手動套筒扳手緩慢地組裝不銹鋼緊固件。避免使用高速電動工具,以防止螺紋接合面由于擰緊速度過快而出現發熱并增加咬合風險。