Introducere detaliată la tratamentele de suprafață pentru șuruburi de înaltă rezistență și rezistente la coroziune

Alegerea corectă a tratamentului de suprafață este esențială în proiectarea și selecția elementelor de fixare. Sunt disponibile o mare varietate de procese de tratare a suprafețelorelemente de fixare. Proiectanții trebuie să selecteze soluții economice și compatibile în funcție de condițiile de funcționare, cerințele de rezistență la coroziune, performanța asamblarii, temperatura mediului, standardele de protecție a mediului și bugetele de cost. Majoritatea elementelor de fixare comerciale sunt fabricate din oțel carbon sau oțel aliat, care sunt susceptibile la coroziune. Chiar și elementele de fixare fabricate din materiale rezistente la coroziune necesită tratament de suprafață pentru a izola mediile corozive și a întârzia oxidarea.

Acoperirile de fixare trebuie să aibă o aderență puternică, să nu se decojească în timpul asamblării și demontării și o grosime adecvată care să nu interfereze cu angajarea filetului. În plus, limita de rezistență la temperatură a majorității acoperirilor este mai mică decât cea a materialului de bază din oțel; prin urmare, temperatura de serviciu trebuie luată în considerare în timpul selecției. Dincolo de funcțiile de aspect și anticoroziune, tratamentul suprafeței afectează foarte mult performanța de fixare a elementelor de fixare, în special consistența forței de preîncărcare cuplului. Designul profesional echilibrează în mod cuprinzător rezistența la coroziune, fabricabilitatea ansamblului, stabilitatea operațională și respectarea mediului. Acest articol prezintă procesele obișnuite de tratare a suprafețelor pentru elementele de fixare de înaltă rezistență și rezistente la coroziune.

1. Electro-Galvanizare

Electro-galvanizarea este cea mai utilizată acoperire pentru elementele de fixare comerciale. Este rentabil, cu un aspect îngrijit și disponibil în mai multe finisaje, inclusiv zinc alb, zinc galben, zinc negru și măsline. Cu toate acestea, oferă o rezistență la coroziune relativ slabă printre acoperirile pe bază de zinc. Durata de viață a pulverizării cu sare neutră (NSS) a electro-galvanizării convenționale este de 72 de ore. Cu agenți de etanșare avansați, rezistența la pulverizare de sare poate depăși 200 de ore, dar costul este de 5 până la 8 ori mai mare decât galvanizarea obișnuită.

Procesul de galvanizare provoacă cu ușurință fragilizarea hidrogenului. În consecință, șuruburile de înaltă rezistență de gradul 10.9 și mai sus sunt în general interzise de la electro-galvanizarea obișnuită. Deși dehidrogenarea coacerii este fezabilă, pelicula de pasivare va fi deteriorată la peste 60 de grade. Astfel, dehidrogenarea trebuie efectuată după galvanizare și înainte de pasivare, rezultând o funcționare complicată și un cost ridicat. Majoritatea producătorilor nu efectuează dehidrogenarea decât dacă sunt solicitate în mod special de către clienți.

Elementele de fixare electrozincate prezintă o consistență slabă și instabilă a cuplului de preîncărcare, astfel încât în ​​general nu sunt utilizate pentru conexiuni structurale critice. Acoperirea cu lubrifiant după placare poate fi aplicată pentru a îmbunătăți stabilitatea cuplului și consistența preîncărcării.

2. Fosfatarea

Fosfatarea este mai ieftină decât electro-galvanizarea, dar oferă o rezistență de bază la coroziune mai mică. Trebuie să fie sigilat cu ulei pentru o protecție eficientă. Uleiul antirugină obișnuit oferă doar 10 până la 20 de ore de rezistență NSS, în timp ce uleiul antirugină de înaltă calitate îl poate extinde până la 72 până la 96 de ore cu un cost de 2 până la 3 ori mai mare.

Două tipuri de fosfatare principale sunt aplicate elementelor de fixare: fosfatarea cu zinc și fosfatarea cu mangan. Fosfatarea cu zinc oferă o lubrifiere excelentă pentru o asamblare precisă, în timp ce fosfatarea cu mangan oferă rezistență superioară la coroziune și rezistență la uzură, cu un interval de temperatură de funcționare de la 107 la 204 grade (225 la 400 grade F).

Cel mai mare avantaj al fosfatării este consistența excelentă a cuplului de preîncărcare, asigurând preîncărcare stabilă și precisă a ansamblului. Este utilizat pe scară largă în conexiuni industriale critice, cum ar fi ansambluri de structuri din oțel, șuruburi de biele de motor, șuruburi de chiulasă, elemente de fixare a rulmenților principale, șuruburi de volantă și roată. În plus, fosfatarea nu provoacă fragilizarea hidrogenului, ceea ce o face tratamentul standard de suprafață pentru șuruburile de înaltă rezistență de gradul 10.9 și superioare.

3. Albăstruire de oxid (acoperire cu oxid negru)

Blueing plus etanșarea cu ulei este tratamentul de suprafață cu cel mai mic cost pentru elementele de fixare industriale, cu un aspect îngrijit, potrivit pentru medii interioare uscate. Filmul de oxid negru în sine nu are aproape nicio capacitate anticorozivă și se bazează pe deplin pe protecția uleiului de suprafață. Fără ulei, suprafața ruginește rapid. Rezistența NSS a elementelor de fixare albastru și etanșate cu ulei este de numai 3 până la 5 ore.

Elementele de fixare albastră au o consistență slabă a cuplului de preîncărcare. Unsoarea lubrifiantă aplicată pe suprafețele filetului înainte de asamblare poate îmbunătăți calitatea angajării și stabilitatea preîncărcării.

4. Placare cu cadmiu

Placarea cu cadmiu oferă o rezistență remarcabilă la coroziune, în special performanțe superioare de pulverizare cu sare în medii marine, comparativ cu tratamentele convenționale. Cu toate acestea, tratarea apelor uzate este dificilă și periculoasă pentru mediu, cu costuri de producție extrem de ridicate, de aproximativ 15 până la 20 de ori mai mari decât electro-galvanizarea. Este adoptat doar pentru condiții de service extreme, cum ar fi platformele de foraj offshore și elementele de fixare aerospațiale și este rar utilizat în industriile generale. Placarea cu cadmiu induce, de asemenea, fragilizarea cu hidrogen și nu este potrivită pentru ultra‑șuruburi de înaltă rezistență.

5. Placare cu crom

Acoperirile cu crom sunt stabile din punct de vedere chimic în medii atmosferice, cu o excelentă reținere a luciului, duritate ridicată și rezistență superioară la uzură. Pe elemente de fixare, placarea cu crom este folosită mai ales în scopuri decorative. Este rar folosit pentru aplicații anticorozive grele din cauza costului ridicat comparabil cu oțelul inoxidabil. Se aplică numai atunci când oțelul inoxidabil nu poate îndeplini cerințele de rezistență.

Placarea cu crom necesită straturi de bază de cupru și nichel pentru a asigura aderența și rezistența la coroziune. Acoperirea poate rezista la temperaturi ridicate de până la 650 de grade (1200 de grade F), dar fragilizarea cu hidrogen rămâne un risc potențial pentru șuruburile de înaltă rezistență.

6. Placare cu argint și placare cu nichel

Placarea cu argint oferă atât rezistență la coroziune, cât și lubrifiere solidă. Menține performanța stabilă la temperaturi de până la 870 de grade (1600 de grade F) și previne eficient oxidarea și griparea firului în condiții de temperatură ridicată. Din cauza constrângerilor de cost, este utilizat în principal pentru piulițe și șuruburi mici de precizie în echipamentele de înaltă temperatură.

Placarea cu nichel este utilizată în principal pentru scenarii care necesită atât rezistență la coroziune, cât și conductivitate electrică, cum ar fi elementele de fixare a terminalelor pentru bateriile vehiculelor.

7. Galvanizare la cald (HDG)

Galvanizarea la cald este o acoperire cu zinc cu difuzie termică la temperatură înaltă, cu o grosime de 15 până la 100 μm și o rezistență excelentă la coroziune, utilizată pe scară largă pentru echipamente grele de inginerie de exterior. Suferă de o uniformitate slabă a grosimii și o poluare severă a mediului cauzată de reziduurile de zinc și vaporii de zinc în timpul producției.

Acoperirea groasă provoacă adesea blocarea firului și cuplarea dificilă. Soluțiile obișnuite includ filetarea interioară după galvanizare (care deteriorează acoperirea parțială și reduce rezistența la coroziune) sau pre-lărgirea găurilor filetului piuliței cu 0,16 până la 0,75 mm (pentru M5–M30) înainte de galvanizare (ceea ce reduce ușor rezistența structurală). Designul filetului anti-slăbire Spiralock poate rezolva această problemă prin acomodarea acoperirilor groase, menținând în același timp rezistența totală la coroziune și rezistența mecanică.

Datorită temperaturii ridicate de procesare modificând structura metalografică așuruburi tratate termic, galvanizarea la cald este interzisă pentru elementele de fixare de gradul 10.9 și mai sus.

8. Difuzie de Zinc Pulbere

Difuzia de zinc pulbere este un proces de difuzie termică metalurgică în stare solidă care formează acoperiri uniforme pe suprafețe complexe, cum ar fi fire și găuri oarbe. Grosimea acoperirii variază de la 10 la 110 μm cu eroarea de grosime controlată în intervalul de 10%. Dintre toate tratamentele pe bază de zinc, oferă cea mai mare rezistență de aderență și stabilitate la coroziune, cu zero poluare și fără fragilizare prin hidrogen, ideal pentru elemente de fixare de înaltă precizie, rezistență ridicată și rezistență ridicată la coroziune.

9. Acoperire Dacromet

Dacromet (acoperire cu zinc-crom) prezintă un risc zero de fragilizare prin hidrogen și o consistență excelentă a cuplului de preîncărcare. Oferă rezistență superioară la pulverizarea cu sare, stabilitate la temperaturi ridicate și rezistență la coroziune chimică și previne eficient coroziunea galvanică și fragilizarea oxidativă cauzată de contactul diferit cu metalul. Excluzând restricțiile de mediu ale cromului hexavalent, este unul dintre cele mai bune tratamente de suprafață pentru elementele de fixare de înaltă rezistență care necesită rezistență extremă la coroziune.

Clasele Dacromet obișnuite includ 9028, G917 și G980, disponibile în finisaje argintiu și negru. Gradul 9028 este o formulă economică pentru protecția convențională împotriva coroziunii; G917 oferă o rezistență chimică excelentă pentru medii medii complexe; G980 oferă o rezistență remarcabilă la temperaturi înalte pentru serviciu continuu peste 200 de grade.

În conformitate cu directivele de mediu ELV, WEEE și RoHS, Dacromet este aplicat pe scară largă în industriile auto, electrocasnice și construcții. Este potrivit pentru componente la temperatură înaltă și puternic corozive, cum ar fi scuturi termice de evacuare auto, radiatoare, piese de șasiu, contoare de gaz și echipamente maritime.