PEM Śruba Manufacturers

Jak zmienia się wydajność śrub w różnych temperaturach?

Na zmiany wydajności śrub w różnych temperaturach wpływają głównie ich właściwości materiałowe i zakres temperatur. Oto kilka kluczowych punktów dotyczących zmian wydajności śrub w różnych temperaturach:

Właściwości w niskich temperaturach: Śruby mogą stać się kruche w środowiskach o niskiej temperaturze, co powoduje zmniejszoną udarność i plastyczność. Na przykład na właściwości stali węglowych i stopowych wpływają temperatury poniżej -50°C.
Wydajność w wysokich temperaturach: Wraz ze wzrostem temperatury wytrzymałość śrub zwykle maleje. Dzieje się tak, ponieważ materiały metalowe są podatne na pełzanie i relaksację naprężeń w wysokich temperaturach, co powoduje zmniejszenie siły napięcia wstępnego.
Efekt obróbki cieplnej: Dla wysokiej wytrzymałości śruby , takich jak śruby o wysokiej wytrzymałości ze stali 42CrMo, dostosowanie parametrów procesu obróbki cieplnej (takich jak potencjał węgla, stężenie rozpuszczalnego w wodzie środka hartującego podczas hartowania i chłodzenia oraz temperatura odpuszczania) może poprawić jego ogólną wydajność w określonym środowisku użytkowania.
Efekt platerowania: Powłoka śruby może również wpływać na jej działanie w różnych temperaturach. Na przykład śruby ocynkowane zachowują się lepiej w temperaturze poniżej 230°C, natomiast śruby niklowane można stosować w wyższych temperaturach, przy czym górna granica wynosi około 590°C.
Śruby ze stali nierdzewnej: Ze względu na skład stopu śruby ze stali nierdzewnej mają zazwyczaj szerszy zakres temperatur roboczych, w przybliżeniu od -120°C do 320°C.
Materiały specjalne: W przypadku zastosowań w wyższych temperaturach mogą być wymagane specjalne materiały stopowe, takie jak Inconel i superstopy na bazie niklu, które mogą utrzymać wydajność w wyższych temperaturach.
Klasa wydajności: Klasa wydajności śruby, np. 8,8, 10,9 itd., wskazuje również jej działanie w różnych temperaturach. Wyższa klasa wydajności zazwyczaj oznacza, że ​​śruba może wytrzymać wyższe temperatury robocze.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej: Zmiany temperatury mogą również powodować różnice we współczynniku rozszerzalności cieplnej pomiędzy śrubami i połączeniami, co może mieć wpływ na siłę docisku i stabilność połączenia.
Odporność ogniowa: Przy budowaniu konstrukcji stalowych ważnym czynnikiem jest również odporność ogniowa śrub ze stali nierdzewnej, a jej właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach mają kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa konstrukcji.

Projektując i dobierając śruby, należy wziąć pod uwagę zakres temperatur ich środowiska pracy, aby zapewnić, że śruby będą mogły prawidłowo pracować w tej temperaturze i zachować wymagane właściwości mechaniczne. Przekroczenie zakresu temperatur roboczych śruby może spowodować awarię połączenia lub inne problemy związane z bezpieczeństwem.

Dlaczego śruby ulegają relaksacji naprężeń w wysokich temperaturach?

Powód, dla którego śruby ulegają relaksacji naprężeń w wysokich temperaturach, jest związany z właściwościami fizycznymi i termomechanicznym zachowaniem materiału. Poniżej przedstawiono kilka kluczowych czynników powodujących relaksację naprężeń w śrubach w wysokich temperaturach:

Efekt pełzania: W środowisku o wysokiej temperaturze, nawet pod działaniem długotrwałego naprężenia poniżej granicy plastyczności, metal będzie ulegał powolnej deformacji plastycznej. Zjawisko to nazywa się pełzaniem. Pełzanie powoduje mniejsze rozciąganie materiału śruby, zmniejszając w ten sposób siłę napięcia wstępnego.
Zależność od czasu: Relaksacja naprężeń jest zjawiskiem zależnym od czasu, w którym naprężenie w śrubie stopniowo maleje w czasie, nawet przy stałym naprężeniu.
Wpływ temperatury: Szybkość relaksacji naprężeń w metalu wzrasta wraz z temperaturą. W wysokich temperaturach wzrasta ruchliwość atomów, co zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia ruchu dyslokacyjnego, co skutkuje przyspieszoną relaksacją naprężeń.
Proces aktywacji termicznej: Wysoka temperatura zapewnia niezbędną energię cieplną, umożliwiając przemieszczeniom w metalu pokonywanie przeszkód, sprzyjając odkształceniom plastycznym, a tym samym prowadząc do relaksacji naprężeń.
Utlenianie i korozja: W wysokich temperaturach procesy utleniania i korozji mogą również mieć negatywny wpływ na działanie śrub, powodując zmniejszenie wytrzymałości i sztywności materiału.
Proces obróbki cieplnej: Proces obróbki cieplnej śruby ma znaczący wpływ na ich działanie w wysokich temperaturach. Właściwa obróbka cieplna może poprawić odporność śrub na relaksację naprężeń, ale może to również skutkować wzrostem kosztów.
Skład stopu materiału: Skład stopu materiału śruby ma kluczowe znaczenie dla jej działania w wysokich temperaturach. Niektóre pierwiastki stopowe mogą poprawić odporność na relaksację naprężeń, ale mogą zwiększyć koszt materiału.
Zalecenia normy ISO: Norma ISO 898-1 stanowi, że w zastosowaniach w temperaturach od 150°C do 300°C użytkownikom zaleca się skonsultowanie się z doświadczonym metalurgiem elementów złącznych w celu wybrania odpowiednich materiałów i konstrukcji śrub.
Stopy wysokotemperaturowe i stale nierdzewne: Do zastosowań wysokotemperaturowych często stosuje się specjalistyczne stopy wysokotemperaturowe i materiały ze stali nierdzewnej, które zostały zaprojektowane tak, aby zachować swoje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach.
Relaksacja naprężeń i temperatura robocza: Wielkość relaksacji naprężeń zależy nie tylko od temperatury roboczej, ale także od czasu pracy w tej temperaturze. Z biegiem czasu naprężenie i napięcie wstępne zmniejszą się, co może spowodować awarię połączenia.

Zrozumienie tych czynników może pomóc w uwzględnieniu wpływu środowisk pracy o wysokiej temperaturze na ich działanie podczas projektowania i wybierania śrub, aby zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo połączeń.