Stal nierdzewna 1.4404 w warunkach tarcia suchego

Piszę, aby zapytać o stal nierdzewną 316L. Chcemy wykonać mechanizm w tej stali i zastanawiamy się czy ta stal (1.4404) może pracować na sucho bez ryzyka zatarcia? Czy może niezbędne będzie jakieś pokrycie? Czy taką stal w ogóle się pokrywa? Jakie pokrycie byłoby najlepsze dla tej stali w celu zwiększenia odporności na ścieranie?

 

Na proces zużycia wpływa wiele czynników, w tym temperatura, charakter atmosfery pracy, wielkość obciążenia i ich szybkość, powierzchnia styku materiałów i kształt tej strefy, droga tarcia, typ samego ruchu, a także własności stykających się materiałów, obecność smaru (lub jego brak) oddziaływanie wibracji.

Do głównych czynników materiałowych odziaływujących na proces zużycia należy zaliczyć twardość materiału (ogólnie im wyższa tym odporność na ścieranie wzrasta), wykończenie powierzchni (im bardziej chropowate tym większe będzie zużycie) oraz struktura materiału.

Różne testy laboratoryjne wykazują, że stale nierdzewne charakteryzują się od bardzo dobrej do bardzo niskiej odporności na ścieranie w parach jednoimiennych np. w testach zużycia tłok/cylinder, co jest także związane z temperaturą danego badania. Dla temperatury podwyższonej ponad 250°C odporność na zużycie stali nierdzewnej (typu AISI 304) jest wysokie z powodu braku efektu umocnienia przez zgniot struktury, natomiast w niższej temperaturze do temperatury pokojowej ich odporność na zużycie będzie wyższa dzięki aktywnemu umocnieniu zgniotem. W parach jednoimiennych klasyczne stale ferrytyczne i austenityczne Cr-Ni i Cr-Ni-Mo (AISI 304 i 316) nie będą wykazywać dobrej odporności na ścieranie w warunkach tarcia suchego. Zwiększenie odporności na zużycie można uzyskać przez prawidłowy dobór materiałów pary współpracującej, gdzie stal nierdzewną typu AISI 316 można łączyć z twardą martenzytyczna stalą nierdzewną, co da najniższe zużycie współpracujących elementów. Podobnie wzroście odporność na zatarcie złącz, gdzie stal austenityczna łączy się ze stalą martenzytyczną.

Zastosowanie technik modyfikacji warstwy wierzchniej istotnie polepsza odporność na zużycie ścierne stali nierdzewnych, gdzie najpopularniejszą techniką jest azotowanie. W wyniku azotowania znacznie wzrasta twardość warstwy wierzchniej a rdzeń materiału pozostanie plastyczny, co determinuje maksymalne obciążenie warstwy naazotowanej. Stale nierdzewne z powierzchnią azotowaną od wielu lat są stosowane w praktyce przemysłowej, np. w elementach maszyn do przetwórstwa spożywczego, przemyśle petrochemicznym czy tekstylnym. Podobnie działa chromowanie powierzchni stosowane nie w celach dekoracyjnych lecz dla zwiększenia odporności na zużycie ścierne (większa grubość warstwy chromowanej). Warstwy chromowane wykazują ponadto wysoką odporność na zatarcie oraz odporność korozyjną, ale nie są zalecane do aplikacji pracujących przy dużych obciążeniach cieplnych lub nieprężeniach, w których łatwo mogą pękać i odpryskiwać od powierzchni.

Dla elementów złącznych ze stali nierdzewnych stosuje się smary zabezpieczające przez zatarciem, gdzie głównie stosuje się smary teflonowe (PTFE), które lepiej zabezpieczają stale nierdzewne od smarów na bazie olejów. Teflon nanosi się także na stale nierdzewne w formie powłok.

 

Literatura

[1]. Review of the wear and galling characteristic of stainless steels, a Designers’ Handbook series, Committee of Stainless Steel producers AISI, 1978.