Gängvalsning förbättrar avsevärt utmattningsmotståndet hos bultar av rostfritt stål jämfört med skärgängning på grund av flera nyckelfaktorer relaterade till hur gängorna bildas och de resulterande materialegenskaperna. Här är en uppdelning av hur trådrullning förbättrar utmattningsmotståndet:
Materialförstärkning genom kallbearbetning
Gängvalsning är en kallformningsprocess där gängorna skapas genom att trycka på bultens yta, vilket gör att materialet plastiskt deformeras till önskad gängform. Denna kallbearbetning framkallar arbetshärdning i det rostfria stålet, vilket ökar ytskiktets hårdhet och styrka.
De kallformade gängorna har högre restspänningar, vilket innebär att ytan är mindre benägen att spricka under cykliska belastningar (upprepade spänningar), vilket förbättrar bultens utmattningsmotstånd. Däremot tar gängning bort material, vilket gör att trådarna blir svagare och mer benägna att spricka under upprepade belastningar.
Inget materialavlägsnande = kontinuerlig kornstruktur
Vid gängrullning avlägsnas inget material från bulten. Istället förskjuts materialet för att bilda trådarna. Detta bevarar den kontinuerliga kornstrukturen hos det rostfria stålet, som följer gängans kontur.
Genom att bibehålla detta kontinuerliga kornflöde blir de rullade trådarna starkare och mer motståndskraftiga mot utmattning. Skärgängning, å andra sidan, skär av kornstrukturen och skapar spänningskoncentrationspunkter som är mer känsliga för utmattning och brott över tiden.
Slät ytfinish
Valsade trådar har generellt en jämnare ytfinish jämfört med skurna trådar. Den slätare ytan innebär att det finns färre ytdefekter, såsom mikroskopiska skåror eller verktygsmärken, som kan fungera som spänningskoncentratorer under cyklisk belastning.
I kapade gängor lämnar bearbetningsprocessen ofta efter sig små ytdefekter, vilket kan initiera sprickor under upprepade påkänningar, vilket leder till utmattningsbrott. Valsade trådar, med sina jämnare ytor, fördelar spänningen jämnare och är därför mindre benägna att spricka.
Återstående tryckspänning
Trådrullningsprocessen introducerar resterande tryckspänning i materialet vid trådroten (den lägsta delen av tråden). Detta är fördelaktigt eftersom de flesta utmattningsbrott börjar vid ytan, och tryckspänningarna motverkar de dragspänningar som orsakar sprickbildning.
I kapade gängor inducerar bearbetningsprocessen inte dessa fördelaktiga tryckspänningar och kan till och med lämna materialet med kvarvarande dragspänningar, vilket främjar sprickinitiering och utbredning under utmattningsbelastning.
Minskad stresskoncentration
De mjuka övergångarna och de rundade konturerna som produceras av trådrullning minskar spänningskoncentrationerna vid kritiska punkter som gängroten. Däremot har skurna trådar ofta skarpare övergångar, som fungerar som spänningshöjare och ökar sannolikheten för att utmattningssprickor bildas i dessa områden.
Lägre spänningskoncentration i valsade gängor gör att de klarar fler belastningscykler utan att misslyckas, vilket gör dem mer lämpade för applikationer där bultar utsätts för upprepad belastning och lossning.
Ökat trötthetsliv
Kombinationen av jämnare ytfinish, tryckrestspänningar, kontinuerligt kornflöde och minskade spänningskoncentrationer i valsade trådar ökar utmattningslivslängden avsevärt för bultar i rostfritt stål . Detta är särskilt viktigt i applikationer som involverar dynamisk eller cyklisk belastning, såsom inom flyg-, bil- och konstruktionsteknik.
Studier har visat att valsade gängor kan öka utmattningslivslängden med så mycket som fyra till fem gånger jämfört med skurna gängor, vilket gör dem till det föredragna valet för applikationer med hög belastning och utmattningskritiska applikationer.
Sammanfattningsvis förbättrar gängrullning utmattningsmotståndet hos bultar av rostfritt stål genom att:
Förstärkning av materialet genom kallbearbetning.
Att bevara den kontinuerliga kornstrukturen.
Ger en slätare yta med färre defekter.
Införande av fördelaktiga kvarvarande tryckspänningar.
Minska spänningskoncentrationer vid gängroten.
Dessa faktorer tillsammans gör valsade gängor betydligt mer hållbara under cykliska belastningar jämfört med skärgängor, vilket förbättrar utmattningsprestandan och livslängden hos rostfria stålbultar i krävande applikationer.
