Obecność wtrąceń lub wad mikroskopowych w śrubach ze stali nierdzewnej może znacząco wpłynąć na ich odporność na zmęczenie i ogólną wytrzymałość na następujące sposoby:
1. Stężenie stresu
Wtrącenia, takie jak cząstki niemetaliczne (tlenki, siarczki lub krzemiany) lub wady mikroskopowe (pory, pęknięcia lub pustki), działają jako koncentratory naprężeń. Niedoskonałości te zakłócają jednolity przepływ naprężenia na powierzchni śruby, koncentrując przyłożone siły wokół włączenia lub defektu. Ten zlokalizowany wzrost stresu może prowadzić do:
Inicjacja pęknięć: Stężenia naprężeń mogą inicjować pęknięcia, szczególnie przy cyklicznym obciążeniu lub fluktuacyjnym naprężeniom.
Przedwczesna niewydolność zmęczeniowa: pęknięcia, które zaczynają się od inkluzji lub wad, są często punktami początkowymi niepowodzeń zmęczenia, co prowadzi do propagacji pęknięć i ostatecznego pęknięcia śruby przy niższych poziomach naprężeń niż można było oczekiwać w przypadku śruby wolnej od wad.
2. Zmniejszona siła zmęczenia
Śruby ze stali nierdzewnej są zwykle zaprojektowane tak, aby wytrzymać powtarzające się ładowanie i rozładunek, jak widać w aplikacjach o wysokiej wibracji (np. Automotive, lotnicza). Jednak wtrącenia lub wady mikroskopowe osłabiają materiał, zmniejszając jego wytrzymałość zmęczeniową. To powoduje:
Niższa żywotność zmęczenia: nawet drobne niedoskonałości mogą drastycznie zmniejszyć liczbę cykli obciążenia, które śruba może przetrwać przed niepowodzeniem.
Wczesny początek pękania zmęczenia: małe wady służą jako punkty początkowe pęknięć, które rozprzestrzeniają się szybciej przy cyklicznym obciążeniu, co prowadzi do wcześniejszej awarii niż śruby bez takich wad.
3. Zmniejszona wytrzymałość na rozciąganie
Wtrącenia i wady mogą również wpływać na ogólną wytrzymałość na rozciąganie śruby ze stali nierdzewnej , co ma kluczowe znaczenie dla zastosowań, w których zaangażowane są siły wysokie osiowe. Wpływ na wytrzymałość na rozciąganie może przejawiać się jako:
Zlokalizowane osłabienie: wtrącenia lub wady mikroskopowe zmniejszają zdolność materiału do równomiernego radzenia sobie z obciążeniem rozciągającym, powodując, że zawiedzie go przy niższych poziomach naprężeń niż oczekiwano.
Utrata plastyczności: Niektóre inkluzje, szczególnie te o kruchych cechach, zmniejszają plastyczność stali nierdzewnej. To sprawia, że materiał jest mniej zdolny do deformowania plastycznego przed niepowodzeniem, zwiększając prawdopodobieństwo kruchego złamania przy wysokich obciążeniach.
4. Wpływ na integralność strukturalną
W środowiskach o wysokiej stresce, na przykład w naczyniach ciśnieniowych lub silnikach turbinowych, integralność strukturalna śrub ze stali nierdzewnej jest najważniejsza. Obecność wad mikroskopowych lub wtrąceń:
Zmniejsza żywotność zmęczeniową: może to być szczególnie kluczowe w zastosowaniach o znaczeniu krytycznych bezpieczeństwa, w których wymagana jest długoterminowa trwałość.
Zwiększa ryzyko awarii przy obciążeniu dynamicznym: w zastosowaniach o wahaniu lub obciążeniach wstrząsu wady te mogą znacznie zwiększyć prawdopodobieństwo awarii, ponieważ zdolność materiału do wytrzymywania zmiennego naprężenia jest zagrożona.
5. Odporność na pełzanie i korozję
W niektórych przypadkach wtrącenia mogą negatywnie wpływać na odporność na pełzanie (odporność na deformację przy stałym naprężeniu w wysokich temperaturach) i odporność na korozję śrub ze stali nierdzewnej. Może to dodatkowo zagrozić ich wydajności w wymagających środowiskach, takich jak:
Podwyższone zastosowania temperatury: wady lub wtrącenia mogą prowadzić do zlokalizowanego ogrzewania i przyspieszonego utleniania, zmniejszając ogólną wytrzymałość materiału.
Inicjacja korozji: Wtrącenia mogą tworzyć miejsca na rozpoczęcie korozji, szczególnie w środowiskach bogatych w chlorek, co prowadzi do pękania korozji naprężeń (SCC), które pogarsza degradację materiału.
6. Testowanie i kontrola jakości
Aby złagodzić te efekty, śruby ze stali nierdzewnej podlegają rygorystycznej kontroli i testowaniu (np. Zastosowanie badań ultradźwiękowych, kontroli rentgenowskiej lub testowania prądu wirowego) w celu wykrycia i wyeliminowania wszelkich szkodliwych wtrąceń lub defektów. Śruby często podlegają:
Testy na rozciąganie: Aby ocenić ich pojemność obciążenia.
Testy zmęczeniowe: Aby określić liczbę cykli, które mogą wytrzymać przed niepowodzeniem.
Testy nieniszczące (NDT): w celu zidentyfikowania wad wewnętrznych, które mogą wpływać na wytrzymałość i odporność na zmęczenie śrub. 3
