Почему нержавеющая резьба закусывает и как собирать соединения, чтобы они разбирались

Что такое закусывание резьбы

Закусывание — это адгезионное схватывание металла на поверхностях витков болта и гайки. Под давлением и трением защитная плёнка на нержавеющей стали стирается, оголяется чистый металл, и две чистые поверхности буквально сцепляются друг с другом. Дальше происходит перенос частиц металла с одного витка на другой, появляются задиры, трение растёт ещё больше, и процесс нарастает как снежный ком. Результат — резьба клинит, а при попытке «додавить» срываются шлиц, грани гайки или сам стержень.

Важно не путать это с коррозией. Закусить может совершенно новый, блестящий крепёж, который не успел ни поржаветь, ни загрязниться. И не стоит путать с срывом резьбы: при срыве профиль витков срезается или сминается, и гайка начинает проворачиваться, а при закусывании она, наоборот, не поворачивается вовсе. Разница простая: срыв — это потеря зацепления, а заедание — слишком прочное «сращивание» деталей.

Почему именно нержавейка склонна к заеданию

Причина в том, как устроена коррозионная стойкость аустенитных сталей. Стойкость А2 и А4 обеспечивает тонкая пассивная плёнка оксидов хрома на поверхности. Она мгновенно восстанавливается на воздухе, но по плотности и толщине уступает, например, цинковому слою на оцинкованном крепеже или фосфатам и технологическим маслам на чёрных болтах из углеродистой стали. На углеродистом крепеже между витками обычно остаётся «разделительный» слой — окислы, масло, покрытие. У нержавеющего такого запаса нет. В справочной литературе по резьбовым соединениям эту особенность описывают так: заедание начинается с самопроизвольного локального сваривания, а последующее относительное движение приводит к задиранию поверхности. Повышенную склонность к этому отмечают именно у коррозионно-стойких, кислотоупорных и жаропрочных сталей, потому что они образуют более тонкие оксидные плёнки и хуже удерживают на поверхности молекулярные плёнки других веществ. По данным справочника Биргера и Иосилевича «Резьбовые и фланцевые соединения», на которые ссылаются профильные источники, нагрузка, при которой появляются задиры, у коррозионно-стойких материалов в 7–10 раз ниже, чем у углеродистых сталей.

Механическая сторона вопроса

У нержавеющего крепежа прочность набирается не закалкой, а холодной деформацией при накатке резьбы и высадке головки. Подробно это объясняет статья про то, почему марка стали и класс прочности у А2 и А4 — не одно и то же. Для практики важен вывод: при классе A2-70 предел текучести составляет около 450 МПа, тогда как у углеродистого болта 8.8 — 640 МПа. Нержавеющий болт начинает необратимо деформироваться раньше, а деформированная резьба заедает гораздо охотнее. Числовые характеристики сведены в материале о технических характеристиках нержавеющего крепежа.

Что повышает риск заедания

Само по себе свойство стали ещё не гарантирует прихвата. Обычно он возникает, когда накладываются несколько условий сразу. Ниже — факторы, которые чаще всего встречаются на практике.

Какие пары материалов заедают сильнее

Самый рискованный вариант — «нержавейка по нержавейке», когда и болт, и гайка из А2 или А4. Именно эта комбинация даёт наибольшую вероятность прихвата, особенно если соединение затягивают быстро или периодически разбирают при обслуживании.

Если материалы менять нельзя, спасает технология сборки: антизадирная паста, чистая резьба и контролируемая скорость. Если можно, смешивание классов тоже снижает риск: так, комбинация деталей с разной твёрдостью или материалами, а также гайки с покрытием из политетрафторэтилена (PTFE) хуже схватываются, чем две одинаковые нержавеющие детали. О том, какие вообще бывают виды нержавеющего крепежа и как они различаются по назначению, подробно рассказано в материале какой бывает крепёж из нержавеющей стали.

Смазки и антизадирные пасты: главный инструмент

Самый надёжный способ предотвратить заедание — создать между витками разделяющую плёнку. Обычное масло или консистентная смазка снижают риск, но против галлинга лучше работают специальные резьбовые пасты. В них входят твёрдые смазывающие частицы, которые остаются на поверхности под высоким давлением и не позволяют металлу контактировать напрямую.

Твёрдые добавки в резьбовых пастах заполняют микротрещины и борозды поверхности резьбы, создавая ровную поверхность с высокими антифрикционными свойствами. Хорошая паста сохраняет эффект и при высокой температуре, и при многократной разборке: соединение можно разбирать без применения резака и распила. В пищевой и химической промышленности состав выбирают с учётом допустимости контакта со средой.

Где наносить смазку

Пасту наносят тонким слоем на резьбу болта или шпильки по всей рабочей длине, а у ответственных узлов — ещё и на опорную поверхность под головкой болта и под гайкой. Трение под опорной поверхностью даёт значительную долю общего сопротивления затяжке, и именно там нержавеющие детали тоже могут «прихватываться». Не нужно наносить пасту толстым слоем: излишки выдавливаются и собирают грязь, а лишний слой может мешать нормальному зацеплению.

Как правильно собирать нержавеющий крепёж

Заедание чаще вызывает не «плохой металл», а сочетание скорости, трения и сухой резьбы. Поэтому профилактика начинается с обычной дисциплины монтажа.

• Проверьте чистоту. Песок, пыль, стружка после резки и сверления, цементная пыль — всё это абразив. Резьбу осматривают и при необходимости протирают.
• Нанесите антизадирную пасту на резьбу и, если нужно, на опорные поверхности.
• Наживите крепёж руками. Болт или гайка должны идти строго по оси. Если резьба идёт туго — не давите, а выровняйте деталь.
• Затягивайте плавно. Вручную или на малых оборотах инструмента. Мощный гайковёрт на высоких оборотах — одна из самых частых причин прихвата.
• Контролируйте момент. Динамометрический ключ или шуруповёрт с ограничением момента защитят и от перетяжки, и от задира.
• При первых признаках заедания остановитесь, раскрутите соединение, очистите резьбу, добавьте смазку и повторите.

Момент затяжки и разрушающий момент: что в чём разница

Для нержавеющего крепежа стандарт ГОСТ ISO 3506-1 задаёт не рекомендованный момент затяжки, а разрушающий крутящий момент — минимальное значение, при котором стержень болта может разрушиться при кручении. Это предельная величина, и рабочую затяжку выбирают значительно ниже неё. Но ориентироваться на эти цифры полезно: они показывают, насколько «хрупок» маленький диаметр.

Значения приведены по ГОСТ ISO 3506-1-2014 и означают предел, после которого болт разрушается, а не норму для затяжки. Рабочий момент подбирают по классу прочности, шагу резьбы и состоянию поверхностей, а для ответственных соединений — по документации изготовителя узла. В отечественных нормативах отдельных требований к монтажу нержавеющего крепежа нет, поэтому в профессиональной практике опираются на рекомендации европейских справочников по нержавеющим сталям и на требования производителя оборудования.

Заедание в зависимости от типа крепежа

Риск и способы его снизить немного отличаются в зависимости от того, какой именно метиз вы собираете.

Болты

Для болтов существенна длина зацепления и состояние резьбы по всей длине. Длинная нарезка при быстрой затяжке нагревается сильнее. Болты из нержавеющей стали А2 и А4 перед установкой осматривают: нельзя использовать изделия с забоинами и вмятинами на витках, а при хранении не допускать контакта резьбы с абразивными материалами.

Гайки

Сопряжённая деталь часто оказывается проблемной точкой, потому что именно гайка движется по резьбе болта на большой длине. Стандартная шестигранная гайка DIN 934 из А2 при сборке в паре с нержавеющим болтом требует смазки и спокойной затяжки. Весь ассортимент собран в разделе гайки из нержавеющей стали.

Самоконтрящиеся гайки

Отдельное внимание — цельнометаллическим стопорным гайкам вроде DIN 980 из нержавеющей стали А2. Стопорная часть у такой гайки сделана за счёт деформированного участка, который создаёт сопротивление вращению с самого начала. Трение здесь повышено изначально, а значит, риск заедания выше обычного. Для таких узлов смазка обязательна, скорость затяжки должна быть минимальной, а если гайка идёт с нарастающим усилием, её не продавливают, а возвращают назад и проверяют резьбу.

Шпильки

Резьбовые шпильки часто используют на фланцах и в узлах с большой толщиной пакета, где гайка проходит по резьбе значительное расстояние. Шпилька DIN 975 / DIN 976 из А2 при длинном пробеге гайки быстрее нагревается от трения, поэтому на ней пасту наносят по всей длине зоны зацепления, а закручивают без инструмента с ударным действием.

Шайбы

Плоская шайба DIN 125 из А2 защищает опорную поверхность и распределяет нагрузку. Но если и шайба, и гайка нержавеющие, трение между ними при затяжке тоже даёт задиры на торце гайки. Тонкий слой пасты на опорной поверхности снижает это трение и делает затяжку более предсказуемой.

Резьбовые заклёпки

С нержавеющими резьбовыми заклёпками всё то же самое происходит между резьбовым штоком инструмента и телом заклёпки. Если шток прихватило, он остаётся в уже установленной заклёпке, а вращать его приходится с большим усилием. Поэтому при работе с нержавеющими заклёпками на резьбу штока перед каждой установкой наносят каплю монтажной пасты. Подробнее об установке — в статье резьбовая заклёпка: выбор размера, подготовка отверстия и правильная установка.

Если резьбу уже закусило: как действовать

Первое правило — прекратить тянуть. Продолжение затяжки с усилием в большинстве случаев только увеличивает площадь схватывания и приводит к срыву шлица, граней или поломке стержня. Дальше порядок такой.

Движения при откручивании делают короткими, с чередованием в сторону затяжки и в сторону отворота: небольшой доворот иногда «разрывает» сцепление. Если ничего не помогает, остаётся крайняя мера — срезать или раздробить гайку, а при необходимости заменить и болт. Это неприятный, но предсказуемый исход, и разбираться с последствиями дешевле, чем тянуть до разрушения. Важно и то, на что менять: если испорченный нержавеющий элемент заменить на углеродистый, возникнет риск гальванической коррозии в паре с остальным нержавеющим узлом.

Типичные ошибки при работе с нержавеющим крепежом

Сборка «как обычной стали»

Самая частая ошибка — собирать нержавеющий крепёж без смазки и на высоких оборотах, как обычный оцинкованный. Углеродистая сталь это прощает, нержавеющая — нет.

Продолжать тянуть при первых признаках заедания

Скрежет, рывки и резкий рост момента — повод остановиться, а не повод приложить усилие. Задир, который ещё не успел набраться, обычно легко устраняется очисткой и смазкой.

Игнорирование загрязнения после монтажа

После резки, сверления и подгонки на резьбе остаются стружка и пыль. Если их не удалить, они работают как абразив и дают первые задиры уже на старте.

Уверенность в «надёжности» тугой гайки

Если гайка идёт с большим усилием, это не значит, что соединение надёжно. Чаще это значит, что трение уже высокое, а риск заедания растёт.

Применение таблицы для углеродистой стали

Нержавеющий крепёж нельзя затягивать по моментам для болтов 8.8 или 10.9. У него другой предел текучести и другое поведение резьбы под нагрузкой; момент подбирают по классу прочности нержавеющего крепежа и фактическому трению.

Хранение без защиты резьбы

Нержавеющий крепёж хранят в чистоте, избегая попадания на резьбу сажи, абразивов и особенно песка. Россыпью в общем ящике с инструментом резьба быстро повреждается.

Как заказывать нержавеющий крепёж с учётом риска заедания

Если узел будет собираться в условиях, где заедание особенно нежелательно — на объекте без возможности подготовки, в оборудовании, которое планируют регулярно обслуживать, в агрессивной среде, — стоит заранее обсудить с менеджером состав комплекта. Укажите марку стали (А2 или А4 в зависимости от среды), класс прочности и тип крепежа, а также то, будет ли соединение разбираться при обслуживании. Для среды с хлоридами и более жёсткими условиями полезно сначала прочитать материал про нержавеющий крепёж: когда он необходим и как выбрать. Антизадирную пасту рекомендуется закладывать в заказ вместе с крепежом, чтобы нужный расходный материал был под рукой в момент сборки.

Вопросы и ответы