Spis treści
Od czasów wynalezienia stali nierdzewnej ponad 100 lat temu, materiał ten jest szeroko wykorzystywany w różnych branżach, zwłaszcza budowlanej i konstrukcyjnej. Cechuje się wysoką odpornością na korozję, wykazuje dobrą udarność, wytrzymałość, odporność na kruche pękanie, ma także niskie wymagania w zakresie konserwacji. Charakteryzuje się ponadto dobrą wytrzymałością zmęczeniową. Jakie wyróżnia się klasy wytrzymałości śrub oraz jak poprawić trwałość zmęczeniową połączeń śrubowych?
Co to jest wytrzymałość zmęczeniowa?
Wytrzymałość zmęczeniowa materiału to najwyższy poziom naprężenia cyklicznego, który nie powoduje zniszczenia próbek poddanych badaniu do określonej, granicznej liczby cykli. Granicę tę oznacza się symbolem Z. Pojęcie umownej liczby cykli odnosi się do konkretnego materiału i w przypadku stali wynosi 10 milionów. W zależności od typu obciążenia, wyróżnia się zmęczeniową wytrzymałość na ściskanie stali (oznaczoną symbolem Zc), skręcanie (Zs), zginanie (Zg) oraz rozciąganie (Zr). Ponadto, zależnie od rodzaju cyklu, dla którego wyznaczono konkretną wartość, do symbolu Z dodaje się też indeksy: j (cykl jednostronny odzerowy) lub o (cykl wahadłowy).
Uszkodzenia powstałe na skutek zmęczenia materiału mogą skutkować poważnymi awariami. Dlatego staranne wyliczenia dotyczące wytrzymałości oraz trwałości zmęczeniowej połączeń stanowią istotną część procesu projektowania. Największa koncentracja naprężeń występuje w trzech częściach śrub: w gwincie, rowku między gwintem a trzpieniem oraz w miejscu przejścia łba śruby w trzpień. Większość uszkodzeń powstałych w rezultacie zmęczenia występuje właśnie w tych miejscach.
Poprawa trwałości zmęczeniowej połączeń śrub
Proces projektowania obejmuje kilka metod poprawy trwałości śrub ze stali nierdzewnej. Należą do nich m.in. wykonanie gwintów nakrętek i śrub metodą rolowania, co poprawia jakość powierzchni, powoduje powstanie struktury włóknistej oraz wprowadza naprężenia ściskające w gwincie śruby. Inny sposób to zwiększenie promienia przejścia pomiędzy trzpieniem a łbem śruby, czego rezultatem jest pomniejszenie koncentracji naprężeń. Ponadto śruby wytrzymałościowe należy dokręcić do konkretnego momentu, uzyskując w ten sposób duży wzrost wytrzymałości zmęczeniowej.
Klasy wytrzymałości śrub
Śruby dzielą się na 10 klas według właściwości stali, z której je wykonano. Klasy informują, ile wynosi wytrzymałość na ściskanie stali, jaki jest jej poziom wytrzymałości na rozciąganie, a także określają granicę plastyczności. Dwucyfrowe oznaczenia (np. 5.6, 8.8 albo 12.9) znajdują się na główkach śrub. Pierwszy symbol to wartość granicy wytrzymałości na rozciąganie, a drugi – wartość granicy plastyczności. Im wyższe są owe wartości, tym wytrzymałość stali będzie większa. Oznaczając połączenia śrubowe, wskazuje się również ich klasę dokładności. Symbol A oznacza elementy dokładne, B – średniodokładne, C – zgubne, ze zwykłym gwintem. Na przykład, oznaczenie B 5.8 określa śruby wytrzymałościowe średniodokładne o klasie wytrzymałości 5.8, czyli granicy minimalnej wytrzymałości wynoszącej 500MPa oraz plastyczności 400MPa.
