Рекомендации специалистов компании «best-крепеж» по применению нержавеющих сталей в конструкциях крепежа

Приводим выдержку из комментариев специалистов компании «BESTКрепеж» (г. Москва) по поводу применения нержавеющих сталей в крепежных изделиях.

Вопрос: «Бытует мнение, что нержавеющий крепеж менее прочный, чем крепеж из углеродистых сталей. Но, в то же время, «нержавейка» сложнее поддается обработке (сверлению, резанию и т. д.). Почему?».

Ответ: В нержавеющих сталях аустенитного класса по ГОСТ ISO 3506-2014 содержание легирующих элементов ~30 %. Это необходимо для требуемой от них повышенной коррозионной стойкости. Значительная разница между составом сплавов обуславливает заметные различия в механических свойствах между «обычными» углеродистыми сталями и коррозионно-стойкими сталями аустенитного класса.

При близких значениях временного сопротивления, нержавеющий крепеж отличается меньшим пределом текучести. Поэтому такие метизы подвержены пластическим (необратимым) деформациям при более низких нагрузках. Этим собственно и объясняется сложившееся мнение, что «нержавеющий крепеж менее прочный, чем крепеж из углеродистых сталей». В связи с чем при расчете резьбового соединения из коррозионно-стойких сталей важно учитывать их прочностные характеристики, заданные российскими стандартами, для болтов винтов и шпилек — это ГОСТ ISO 3506-1–2014.

В то же время, действительно, нержавеющие стали сложнее поддаются механической обработке. Эта проблема была изучена отечественными учеными-металловедами еще во второй половине прошлого века. Трудности при обработке коррозионностойких сталей они объясняют сразу несколькими факторами.

1. Высокая склонность к деформационному упрочнению в процессе резания. Значительное возрастание прочности аустенитных сталей при механической обработке объясняется особенностями строения кристаллической решетки γ-фазы. Деформации вызывают наклеп аустенита, выделение из него углерода и карбидообразующих легирующих элементов с образованием дисперсных карбидов в процессе так называемого дисперсионного упрочнения. При этом отмечается тесная зависимость между степенью упрочнения нестабильных аустенитных сталей и объемной долей возникающего в них мартенсита деформации. Такой эффект обусловлен в первую очередь увеличением объема дефектов γ-твердого раствора и возникшего мартенсита деформации.
2. Большинство коррозионно-стойких сталей имеют низкую теплопроводность. Слабое отведение тепла в зоне резания приводит к возникновению высоких температур в 2–3 раза больших, чем при обработке обычных конструкционных сталей. Такие высокие температуры способствуют развитию адгезии и диффузии в зоне контакта инструмента с обрабатываемой деталью. Это вызывает интенсивное схватывание обоих контактных поверхностей друг с другом и приводит к разрушению режущей кромки инструмента.
3. Наличие твердых мелкодисперсных карбидов и интерметаллидов в вязкой аустенитной матрице. Твердые микровключения в относительно мягкой структуре аустенита придают нержавеющим сталям высокую истирающую способность. Мелкодисперсные карбиды и интерметаллиды действуют на рабочие части инструмента как абразив, приводя к его быстрому износу. Эта особенность вызывает необходимость применять для режущего инструмента специальные материалы, которые имеют наряду с высокой прочностью также и повышенную износостойкость.
4. Способность коррозионно-стойких сталей сохранять исходную прочность и твердость при повышенных температурах. Это приводит к высоким удельным нагрузкам на инструмент в области контакта с поверхностью обрабатываемой детали. Особенно эта проблема актуальна при обработке жаропрочных и жаростойких сталей.
5. Низкая виброустойчивость движения резания. Упрочнение нержавеющих сталей, описанное в п. 1, происходит с неравномерной степенью интенсивности самого процесса. Это вызывает вибрации обрабатывающего инструмента и существенно увеличивает переменные силовые и тепловые нагрузки на его рабочие поверхности. И в свою очередь, приводит к микро- и макровыкрашиваниям режущей кромки.

При воздействии вибраций особенно неблагоприятное влияние на износ инструмента оказывает явление схватывания стружки с его передней поверхностью. С учетом трудности обработки при сверлении конструкционных элементов из коррозионностойких сталей специалисты компании «BEST-Крепеж» рекомендуют использовать сверла ELNAR DIN 1897 HSS-E D. Они изготовлены из быстрорежущей стали типа М35 (Р6М5К5), которая дополнительно легирована кобальтом. Кобальт, входящий в состав этой марки стали в качестве легирующего элемента, придает сверлу высокую красностойкость, т. е. способность не терять режущие свойства в процессе повышенного нагрева. Что особенной важно при сверлении вязких нержавеющих сталей.