Śruby dwustronne, są powszechnie wykorzystywane w połączeniach kołnierzowych rurociągów i zbiorników ciśnieniowych. W zależności od zastosowania i warunków pracy (temperatura, ciśnienie, agresywność środowiska), dobór odpowiedniego materiału konstrukcyjnego jest kluczowy dla trwałości i bezpieczeństwa połączeń. Jednym z najczęściej wykorzystywanych materiałów na śruby pracujące w warunkach wysokich obciążeń mechanicznych jest stal stopowa 42CrMo4.
Charakterystyka stali 42CrMo4
Stal 42CrMo4 to niskostopowa stal chromowo-molibdenowa o wysokiej wytrzymałości, która zgodnie z normą EN 10083-3 poddawana jest najczęściej obróbce cieplnej (ulepszaniu cieplnemu – hartowaniu i odpuszczaniu). Właściwości mechaniczne tej stali po obróbce cieplnej są następujące:
- granica plastyczności: ≥ 900 MPa,
- wytrzymałość na rozciąganie: 1000–1100 MPa,
- twardość po odpuszczeniu: ok. 28–32 HRC,
- dobra udarność, nawet w temperaturach obniżonych.
Właściwości stali 42CrMo4 sprawiają, że znajduje ona zastosowanie w produkcji śrub, które muszą sprostać stawianym im obciążeniom osiowym oraz zmiennym warunkom pracy (np. cykle nagrzewania i chłodzenia).
Normy i zastosowania śrub z 42CrMo4
Śruby dwustronne ze stali 42CrMo4 są wytwarzane zgodnie z normami PN-EN 1515-1 oraz DIN 938, 939, 940 czy DIN 2510 (rodzaje K, L, Z), a także normami ASTM (np. A193 Gr. B7 – stal równoważna pod względem właściwości mechanicznych).
Typowe zastosowania obejmują:
- instalacje wysokociśnieniowe (rurociągi parowe, wymienniki ciepła),
- połączenia w energetyce (kotły, turbiny),
- przemysł chemiczny i petrochemiczny (zbiorniki i reaktory),
- konstrukcje offshore i instalacje morskie.
Procesy technologiczne obróbki śrub ze stali 42CrMo4
Obróbka skrawaniem
W stanie ulepszonym cieplnie stal 42CrMo4 należy do trudniejszych w obróbce materiałów. Wymaga zastosowania narzędzi o podwyższonej odporności na zużycie (np. węgliki spiekane z powłokami TiAlN lub TiCN). Zgodnie z wytycznymi zawartymi w 02_Podstawy, niezbędne jest dobranie parametrów skrawania (posuw, prędkość, głębokość) w sposób zrównoważony, aby nie doprowadzić do:
- nadmiernego zużycia narzędzi (np. zużycia rowkowego, pęknięć podłużnych),
- przegrzewania materiału i utraty właściwości mechanicznych,
- tworzenia się narostów przy zbyt małych prędkościach skrawania.
Przykładowe parametry toczenia (dla stali 42CrMo4 o twardości ~280 HB):
- prędkość skrawania: 80–130 m/min,
- posuw: 0,15–0,35 mm/obr,
- głębokość skrawania: 1–4 mm (zależnie od operacji).
Gwintowanie
Gwintowanie przeprowadza się zwykle metodą skrawania nożem tokarskim lub głowicą gwintującą. Istotna jest kontrola jakości gwintu (kąt, podziałka, chropowatość), ponieważ od niej zależy szczelność i trwałość połączenia. Zgodnie z zasadami dobrych praktyk tokarskich, przy gwintowaniu materiałów ulepszanych cieplnie istotne jest:
- stosowanie chłodziw o silnym działaniu smarującym,
- częsta kontrola geometrii narzędzi,
- unikanie drgań i nadmiernego obciążania ostrza.
Zalety i ograniczenia stosowania 42CrMo4
Zalety:
- wysoka wytrzymałość i twardość przy dobrej udarności,
- możliwość pracy w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury,
- dobra skrawalność po normalizacji lub odpuszczeniu.
Ograniczenia:
- konieczność obróbki cieplnej dla uzyskania pełnych właściwości,
- wymagana ochrona antykorozyjna w środowiskach wilgotnych i chemicznych,
- trudność w gwintowaniu w stanie zahartowanym.
Śruby dwustronne wykonane ze stali 42CrMo4 są doskonałym wyborem w zastosowaniach wymagających wysokiej wytrzymałości mechanicznej oraz odporności na zmęczenie materiałowe. Ich skuteczne wykonanie wymaga jednak ścisłej kontroli procesu technologicznego – od doboru parametrów skrawania, przez obróbkę cieplną, po ochronę antykorozyjną. Stosowanie tej klasy stali umożliwia projektowanie bezpiecznych i trwałych połączeń w najtrudniejszych warunkach przemysłowych.