Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » резьбовые соединения

Технология нанесения анаэробных материалов на резьбовые поверхности деталей

Косова Мария Александровна — Wed, 26 Oct 2016 08:06:06 +0000

Снижение ресурсоемкости производства на основе внедрения новых эффективных технологий является главной проблемой современного машиностроения.

Резьбовые соединения (РС) являются самыми распространенными среди неподвижных соединений деталей, к ним предъявляются такие эксплуатационные требования, как прочность (статическая и динамическая), жесткость, герметичность, фреттингостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление самоотвинчиванию. Однако в ряде случаев для обеспечения заданных характеристик РС используются дополнительные крепления, стопорные и разгрузочные элементы, увеличиваются диаметр и длина соединения, применяются ресурсоемкие технологические операции и многое другое, что приводит к существенному повышению себестоимости узлов машин. Кроме того, для комплексного обеспечения характеристик РС часто необходима совокупность конструкторских и технологических решений, что нерационально.

В последнее время разрабатываются конструкторские и технологические методы, позволяющие более рационально обеспечить характеристики РС. Среди них весьма эффективной является технология сборки РС с применением анаэробных материалов (АМ), которые полимеризуются в зоне контакта деталей при отсутствии кислорода воздуха. В ряде исследований доказано, что АМ обеспечивают герметичность, коррозионную стойкость и стопорение РС, что подтверждается проспектами фирм, производящих АМ. В то же время предварительные исследования выявили, что при сборке с АМ также повышаются прочностные характеристики и жесткость, то есть достигается комплексное обеспечение эксплуатационных характеристик РС [1–8].

В статье представлена технология нанесения анаэробных материалов на резьбовые поверхности деталей, позволяющая в полной мере получать требуемые эксплуатационные характеристики соединяемых деталей.

Перед нанесением АМ на резьбовые поверхности деталей, подлежащих сборке, их необходимо очищать для повышения адгезии АМ и металла. Окалина и ржавчина удаляется механическим путем, масляные и другие загрязнения – с помощью растворителей: ацетона, петролейного эфира, бензина, фреона, хлорсодержащих растворителей.

Для обезжиривания резьбовой поверхности, ее протирают смоченным в растворителе тампоном из хлопчатобумажной ткани или поропластовыми подушками, промывают с помощью кисти, окунанием или заливкой. Резьбовые детали после гальванического покрытия можно собирать без предварительного обезжиривания.

АМ удобнее наносить через аппликатор флакона, в котором он поставляется (рисунок 1). При использовании кисти для нанесения АМ, его предварительно отливают в стеклянную, фарфоровую или эмалированную емкость. По окончанию работы не разрешается сливать АМ обратно во флакон.

Рисунок 1. Нанесение АМ через аппликатор флакона

При сборке резьбовых деталей АМ наносят на обе или одну из подготовленных резьбовых поверхностей в зависимости от метода сборки. Окончательную сборку производят после равномерного распределения АМ между сопрягаемыми резьбовыми поверхностями. Расход АМ зависит от метода нанесения и конструкции РС, прежде всего от объема пространства между резьбовыми поверхностями заполняемого АМ [6–8].

Средствами нанесения АМ являются: аппликатор, кисть, пневмошприц, распылитель. Незаполимеризовавшийся АМ, находящийся вне зоны контакта резьбовых деталей, легко удаляется с помощью хлопчатобумажной ткани.

Несмотря на то, что применение АМ допускает некоторое загрязнение резьбовой поверхности, наилучший результат будет получен на чистой, сухой и обезжиренной поверхности. Рекомендуется использование очистителя (рисунок 2), который предназначен для очистки и обезжиривания поверхностей, в первую очередь для последующего использования АМ. Если поверхность жирная или загрязнена, то обработка ее очистителем поможет подготовить ее к склеиванию.

Рисунок 2. Нанесение очистителя

Для сокращения времени затвердевания, особенно на инертных поверхностях, таких как цинк, алюминий и нержавеющая сталь, возможно использование анаэробного активатора (рисунок 3), который ускоряет процесс отверждения АМ и улучшает прочность соединения загрязненных поверхностей. Также анаэробный активатор делает возможным отверждение АМ в больших зазорах.

Рисунок 3. Нанесение активатора

Очиститель и активатор позволит свести к минимуму коррозию и максимально улучшить действие применяемого АМ.

Порядок применения очистителя:

1) с помощью ветоши удалить с резьбовой поверхности чрезмерные загрязнения;

2) удерживая баллончик очистителя над резьбовой поверхностью, распылить очиститель на загрязненный участок;

3) вытереть дочиста ветошью.

Альтернативный вариант применения очистителя:

1) распылить очиститель на чистую ветошь и этой ветошью протереть резьбовую поверхность;

2) дать поверхности просохнуть.

Порядок применения анаэробного активатора:

1) перед нанесением анаэробного активатора резьбовые поверхности должны быть очищены, высушены и обезжирены;

2) активатор следует наносить на одну или обе сопрягаемые резьбовые поверхности с помощью чистой ткани или кисти, распылением или погружением деталей в активатор;

3) дать возможность активатору полностью испариться, затем нанести анаэробный материал на охватываемую и (или) охватывающую резьбовые поверхности деталей, после чего произвести сборку;

4) время склеивания и скорость отверждения будут зависеть от материала резьбовых деталей и выбранного АМ (время склеивания – это время с момента сборки РС до момента достижения достаточной начальной прочности для того, чтобы собранное соединение можно было брать в руки без вреда для его целостности);

5) для достижения полной прочности необходимо выдержать соединение в течение 24 часов при нормальной температуре (около 20 °С).

Анаэробные материалы не относятся к взрывоопасным, самовоспламеняющимся и летучим веществам, горят только при внесении в открытое пламя. АМ являются малотоксичными и относятся к четвертому классу малоопасных веществ.

Работать с АМ необходимо при исправно действующей проточно-вытяжной вентиляции обменного типа.

При работе с АМ необходимо применять индивидуальные средства защиты: хлопчатобумажный халат, биологические перчатки. При использовании средств нанесения и дозирования возможность попадания на кожу АМ практически исключается.

Таким образом, в статье представлена технология нанесения анаэробных материалов на резьбовые поверхности деталей, позволяющая в полной мере получать требуемые эксплуатационные характеристики соединяемых деталей.

Многокритериальный подход к оценке прочности материалов резьбовых соединений

Косова Мария Александровна — Mon, 31 Oct 2016 17:43:41 +0000

Резьбовые соединения имеют чрезвычайно широкое применение в различных областях техники и составляют 15 – 20% от общего количества соединений в современных машинах. Часто они являются ответственными элементами конструкций, передающими значительные статические и динамические нагрузки, работающими как при повышенных, так и при пониженных температурах. Поэтому вопросы обеспечения прочности резьбовых соединений на всех стадиях жизненного цикла соединений являются актуальными.
Расчеты прочности резьбовых соединений при статическом нагружении основаны на номинальных допускаемых напряжениях, устанавливаемых по характеристикам механических свойств (предел текучести, предел прочности). Используемые в этих расчетах запасы прочности отражают влияние на характеристики разрушения деталей основных конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, а их величины назначаются с учетом практики эксплуатации.
Такая оценка несущей способности оказывается достаточно обоснованной, если в процессе эксплуатации исключаются условия возникновения хрупких состояний. В вязких состояниях под действием эксплуатационных нагрузок в зонах концентрации происходит перераспределение напряжений за счет образующихся пластических деформаций, и номинальные разрушающие напряжения оказываются на уровне предела текучести или превышают его.
Однако при наличии в резьбовых соединениях начальных металлургических и технологических дефектов (трещины, поры, включения и т.п.), а также при образовании в них трещин по мере накопления эксплутационных повреждений (циклических, от деформационного старения и др.), как показывают многочисленные наблюдения и опыты, разрушающие напряжения могут оказаться существенно (в 1,5 – 4 раза) ниже предела текучести. При наличии дефектов в хрупких состояниях понижение разрушающих напряжений, отнесенных к пределу прочности (или к пределу текучести), указывает на необходимость обоснованного подхода к назначению запасов прочности резьбовых соединений.
В настоящее время прочность материалов, как болтов, так и гаек регламентируется соответственно ГОСТ Р 52627-2006, ГОСТ Р 52628-2006. В ГОСТ Р 52627-2006 все материалы, применяемые для изготовления болтов, разбиты на 10 классов прочности, а материалы, применяемые для изготовления гаек (ГОСТ Р52627-2006) – на 7 классов прочности. В основу разбиения на классы прочности материалов, как болтов, так и гаек лежат две характеристики прочности, а именно предел прочности на растяжение () и предел текучести () (или условный предел текучести ) и их отношение. Кроме характеристик прочности в ГОСТе Р 52627-2006 приведены значения относительного удлинения после разрыва () и относительное сужение после разрыва (), твердость, ударная вязкость, напряжения от пробной нагрузки, разрушающий крутящий момент, предел прочности при растяжении на косой шайбе, прочность соединения головки со стержнем при ударе молотком. Среди перечисленных показателей механических и физических свойств материалов болтов основными являются показатели прочности (,). Это связано с тем, что традиционные методы оценки прочности конструкций (критерии прочности), основанные на экспериментально-теоретическом подходе включают в себя, как правило, только предел прочности и (или) условный предел текучести материала [1]. Кроме этого следует отметить, что как предел прочности, так и предел текучести являются не инвариантными к условиям эксплуатации показателями. Поэтому не случайно рекомендации приведенных выше ГОСТов распространяются только на случай статического нагружения резьбовых соединений при температурах до +35С°.
Традиционные критерии прочности, основанные на современных теориях пластичности и для которых разработаны методы механических испытаний, включающие установления комплекса свойств материала (предел текучести, предел прочности, характеристики пластичности и т.д.) подвергались неоднократно критическому анализу, достаточно указать работу Дж.Си [2]. Суть ограничений существующих теорий пластичности, базирующихся на диаграммах растяжение заключается в следующем [2]:
– данные испытаний при одноосном растяжении отражают не все процессы деформирования при плоском и объемном напряженных состояний, так они не учитывают существенное влияние изменения объема на поведение локальных объемов у края трещины;
– критерии пластичности и прочности не учитывают повреждений, вносимых при изменении объема;
– предполагается, что для каждого элемента сплошной среды функциональные соотношения между напряжением и деформацией остаются неизменными, в то время как они могут изменяться в зависимости от масштаба рассматриваемого объема.
Приведенные ограничения связаны с тем, что сопротивление разрушению зависит не только от условий нагружения, но и от наличия поверхностных и внутренних дефектов. Для безопасной работы деталей в конструкции необходимо учитывать кинетику повреждаемости материала и степень опасности того или иного дефекта.
Недостаточность данных стандартных механических испытаний для достоверной оценки работоспособности материала в конструкции обусловила развитие новых подходов к оценке прочности материалов. К числу таких подходов следует отнести подход, развитый в работе [3]. Он основан на объединении подходов синергетики и теории фракталов и учитывает самоорганизацию диссипативных структур, отражающую способность системы приспосабливаться к внешним условиям воздействия путем реализации обратных связей.
Всегда существовала проблема учета влияния на механические свойства материалов внешних факторов (температура, скорость и способ нагружения, состояние поверхности образца и т.д.). Решение данной проблемы автором [3] было осуществлено путем использования положений синергетики, учитывающей закономерности самоорганизующихся структур. Критические точки (точки бифуркаций), контролирующие переход системы из одного структурного состояния в другое, содержат уникальную информацию о свойствах материала. Механические свойства материала в близи точек бифуркаций обладают высокой информативностью и инвариантностью к внешним условиям. Таким образом, для оценки свойств материалов целесообразно использовать параметры, контролирующие точки бифуркаций, как обладающие свойствами инвариантности и универсальности.
Процессы пластической деформации и разрушения твердого тела, как обосновано в работе [3], являются многоуровневыми процессами, развивающимися в системе далекой от равновесия. С позиций синергетики повреждаемость и разрушение следует рассматривать как неравновесный фазовый переход кристаллической фазы в квазиаморфную, квазиаморфной фазы в деструктивную, которая спонтанно самоорганизуется в магистральную трещину. Это означает, что для начала своего развития процесс разрушения требует накопления в локальном объеме металла предельной плотности энергии деформации ( – энергия приходящаяся на единицу объема). Устойчивость материала к макроразрушению контролируется тремя параметрами [3]: пределом текучести () – контролируется устойчивость материала к продолжению макропластической деформации; предельной плотностью энергии деформации () – контролируется устойчивость материала к продолжению микроразрушения; коэффициентом интенсивности напряжений () – контролируется устойчивость материала к продолжению макроразрушения.
Концепция Жильмо [4], используемая в работе [3], предполагает, что поглощенная энергия при деформации контролируется прочностью межатомной связи. Это означает, что данная энергия является фундаментальной характеристикой сопротивления материала разрушению. В общем случае предельная плотность энергии деформации состоит из трех частей: энергии упругой деформации (), энергии пластической деформации () и энергии, необходимой для роста трещины (). Следовательно, () может быть определена по формуле:

, (1)

где , – напряжения и деформации, определяемые диаграммой растяжения; – предельная деформация. Формула (1) учитывает энергию как упругой, так и пластической деформаций. Это дает возможность определить удельную энергию предельной деформации материала по величине площади под кривой истинное напряжение – истинная деформация, построенной по результатам испытания на растяжения гладкого образца (при данных температуре и скорости нагружения).
Практика показала, что значения упругой энергии и энергии роста трещины на порядок и более меньше энергии пластического деформирования. Поэтому ими можно пренебречь.
Кроме этого можно определить по следующей приближенной формуле [3]:

, (2)

где – истинное сопротивление разрыву; , – начальный диаметр образца и диаметр после разрыва соответственно.
Коэффициент интенсивности напряжения (при нормальном отрыве) может быть определен по результатам экспериментального определения при круговом изгибе гладкого образца согласно формуле [3]:

, (3)

где – значение коэффициента интенсивности напряжения сплавов на основе железа, при достижении которого в нем возникают микротрещины, способные к самоподобному росту, что приводит к неустойчивости трещины;

, при ; , при .

На основе проведенного анализа диссипативных свойств материалов применительно к точке бифуркации было установлено, что вблизи данной точки переход к самоподобному разрушению контролируется критерием и коэффициентом масштаба [3]. Поскольку коэффициент масштаба однозначно (через упругие модули) связан с критерием , то целесообразно для раздельного рассмотрения влияния диссипативных свойств материала различной природы на прочность материала, представить критерий в виде [3]:

, (4)

где  – двухпараметрический показатель диссипативных свойств материала при зарождении трещины;  – то же при росте трещины.
Критерий (4) для сплавов, отвечающих условию модуль упругости Е=const и коэффициент Пуассона =const, объединяет механические свойства, контролирующие на макроуровне свойства трех фаз при данной температуре: кристаллической – сопротивление пластической деформации , квазиаморфной – предельную плотность энергии деформации в объеме, претерпевшем предельную деформацию  и деструктивной – критическую энергию на единицу длины трещины (пропорциональную ). В настоящее время, кинетические диаграммы, связывающие скорость роста трещины с коэффициентом интенсивности напряжений, как для циклического, так и статического вида нагружения едины, т.е. характеризуются одним и тем же значением количественного показателя динамической структуры  [3]. Двухпараметрические показатели ,  являются универсальными и инвариантными к внешним условиям [3], что позволяет при их использовании для анализа прочности материалов распространять результаты анализа на широкий круг условий эксплуатации.
В данной работе проведен анализ прочности материалов болтов по критериям , , . Для этого по приведенным выше формулам на основании показателей прочности и пластичности материалов болтов согласно ГОСТ Р 52627-2006 рассчитывались, , . Одних данных ГОСТ Р 52627-2006 для расчета  недостаточно, т.к. отсутствуют значения . Для определения использовалась формула, приведенная в работе [5]:

. (5)

Результаты расчетов и необходимые для их проведения данные приведены в таблице 1. Из этих результатов видно, что по мере возрастания класса прочности возрастают: в 5,79 раза; в 8,02 раза; в 22,11 раза. Критерий падает в 1,99 раза. Из анализа разрушения с позиций синергетики следует, что сопротивление разрушению твердых тел определяется их диссипативными свойствами. Возрастание критерия говорит о том, что с возрастанием класса прочности диссипативные свойства материала на стадии роста трещины улучшаются. Падение наоборот говорит о том, что диссипативные свойства материала на стадии зарождения трещин ухудшаются.
В близи точки бифуркации существующая диссипативная структура уже не обеспечивает устойчивость системы и требуется новый тип диссипативной структуры; и перестройка диссипативных структур в этой точке и переход к свободному разрушению контролируется критерием и коэффициентом масштаба .

Таблица 1

Механические и физические свойства	Класс прочности
	3.6	4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	8.8		9.8	10.9	12.9
	3.6	4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	d=16мм	d>16мм	9.8	10.9	12.9
Минимальный предел прочности на растяжение	330	400	420	500	520	600	800	830	900	1040	1220
Предел текучести	190	240	340	300	420	480	-	-	-	-	-
Условный предел текучести	-	-	-	-	-	-	640	660	720	940	1100
Относительное сужение после разрыва , %	55	50		50			52		48	48	44
Энергия пластической деформации	272,27	279,23	323,69	349,04	400,43	460,43	658,63	681,86	643,49	778,89	791,54
Коэффициент интенсивности напряжения	51,809	53,275	60,372	54,175	61,765	62,35	63,982	63,946	64,581	70,967	71,742
- при зарождении трещины	1,433	1,163	0,952	1,163	0,953	0,959	1,029	1,033	0,894	0,829	0,72
- при росте трещины	0,9844	1,279	2,053	1,625	2,594	2,993	4,095	4,22	4,65	6,671	7,892
Критерий разрушения	0,3559	0,5855	1,302	0,7568	1,681	1,945	2,546	2,612	3,36	5,713	7,868

В таблице 2 приведены значения критерия для стали при реализации предельного состояния, связанного либо с пластической нестабильностью, либо с нестабильностью разрушения [3]. Из сопоставления диапазона изменения (табл. 2) с данными таблицы 1 видно, что для материалов классов прочности 3.6, 4.6, 5.6 будет характерна пластическая нестабильность, т.е. следует ожидать вязкое разрушение отрывом, а для остальных классов прочности будет характерна нестабильность разрушения, т.е. следует ожидать квазихрупкое разрушение отрывом.

Таблица 2

Вид предельного состояния
Пластическая нестабильность
Нестабильность разрушения

В настоящее время установлены факторы, влияющие на эксплуатационные свойства резьбовых соединений, и разработан целый ряд конструкторских и технологических способов повышения функциональной надежности соединений [6 – 12].
Таким образом, данная методика анализа прочности материалов, позволяет в отличие от существующей (которая учитывает лишь условия нагружения) при анализе прочности материалов крепежных резьбовых соединений учитывать кинетику повреждаемости материала и степень опасности того или иного дефекта.

Комплексное конструкторско-технологическое повышение эксплуатационных характеристик резьбовых соединений

Кочетков Денис Викторович — Wed, 17 May 2017 15:16:27 +0000

Взаимосвязь конструкторской и технологической подготовки производства приводит к тому, что повышение эффективности технологического обеспечения невозможно без оптимального конструирования и наоборот, то есть необходимо осуществлять комплексное конструкторско-технологическое проектирование соединений.

В настоящее время установлены факторы, влияющие на эксплуатационные свойства резьбовых соединений (РС), и разработан целый ряд конструкторских и технологических способов повышения функциональной надежности РС.
Существенное влияние на эксплуатационные характеристики РС оказывают схема нагружения соединения, равномерность распределения нагрузки по виткам, уровень концентрации местных напряжений, усилие затяжки, технология и точность изготовления резьбовых деталей, наличие и вид покрытий, и другие факторы.
Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции специальных гаек, выравнивающих распределение нагрузки в резьбе, за счет управления податливостью деталей и витков резьбы (рисунок 1) [1]. Однако в литературе не приводятся численные данные о равномерности распределения нагрузки по виткам резьбы для данных соединений.

а) б) в)

а) висячая гайка; б) гайка с кольцевой выточкой;
в) гайка со срезанными вершинами нижних витков резьбы
Рисунок 1. Конструкции гаек выравнивающих нагрузки в резьбе

В то же время, разработаны эффективные технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств РС, среди которых наиболее перспективным является управление контактным взаимодействием сопрягаемых деталей, например, за счет введения в зону контакта анаэробных материалов (АМ), что, как показывают проведенные исследования, позволяет комплексным образом обеспечить качество РС без существенного увеличения затрат. Установлено, что применение АМ позволяет обеспечить более равномерное распределение и уменьшение нагрузки на витки в резьбовом соединении [2–6].
В настоящей работе, методом конечных элементов, исследуется комплексное влияние конструкции гайки с кольцевой выточкой (рисунок 1,б) и технологии сборки с применением АМ на распределение нагрузки между витками резьбы, и упрочнение РС.
На рисунке 2 представлены расчетные модели РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку и без нее.

а) РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку

б) РС с гайкой без кольцевой выточки
Рисунок 2. Расчетные модели резьбовых соединений

Расчет проводился при следующих исходных данных: резьбовое соединение – М10 – 6H/6g (средний зазор посадки по среднему диаметру – ); наружный, внутренний и средний диаметры резьбы – , , ; шаг резьбы – ; угол профиля резьбы – ; материал болта – сталь 45Х (, ) и гайки – сталь 35Х (, ).
К РС прикладывалась внешняя нагрузка . Коэффициент трения () в зоне контакта резьбовых деталей задавался: – при сборке с АМ, – при сборке без АМ. Глубина кольцевой выточки на гайке изменялась от 1,5 до 3 мм, при общей высоте гайки 8,5 мм.
Результаты расчета представлены на рисунке 3, где показана доля нагрузки, приходящаяся на каждый виток .

1 – гайка без кольцевой выточки и РС, собранное без АМ ();
2 – гайка без кольцевой выточки и РС, собранное с АМ ();
3 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное без АМ ();
4 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС,
собранное без АМ ();
5 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное с АМ ();
6 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС,
собранное с АМ ()
Рисунок 3. Распределение нагрузки по виткам резьбы

Результаты расчета (рисунок 3) показывают, что нагрузка на первый виток в РС, собранном с применением АМ, уменьшается на 36,23% (кривая 1 и кривая 2). При использовании гайки с кольцевой выточкой нагрузка на первый виток уменьшается на 55,61% (глубина выточки 1,5 мм) (кривая 1 и кривая 3) и на 52,42% (глубина выточки 3 мм) (кривая 1 и кривая 4).
При одновременном применении для выравнивания нагрузки гайки с кольцевой выточкой и АМ, нагрузка на первый виток уменьшается на 71,8% (гайка с кольцевой выточкой 1,5 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 5) и на 68,4% (гайка с кольцевой выточкой 3 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 6). Кроме того, часть эксплуатационной нагрузки воспринимается АМ, находящимся в пустотах зоны контакта (до 40%), что дополнительно разгружает витки РС.
Таким образом, сборка РС с применением АМ и с гайкой, имеющей кольцевую выточку, обеспечивает более равномерное распределение и одновременное уменьшение нагрузки на витки, что приводит к существенному увеличению прочности РС. Данный комплексный эффект необходимо учитывать при конструкторско-технологическом проектировании, создавая оптимальные и надежные резьбовые соединения.

Обеспечение коррозионной стойкости резьбовых соединений

Кочетков Денис Викторович — Fri, 30 Jun 2017 06:09:59 +0000

Одной из основных задач машиностроения на современном этапе является повышение эксплуатационных характеристик деталей и узлов машин, осуществляемое эффективно, с наименьшими затратами. Надежную работу многих изделий машиностроения во многом определяет качество резьбовых соединений (РС), которые имеют чрезвычайно широкое применение и составляют в среднем 15 – 20% от общего количества соединений, а в некоторых отраслях промышленности их доля доходит до 70%. Среди неподвижных соединений РС составляют 40 – 60%.

Широкое применение РС в технике определяется: возможностью создания больших осевых сил сжатия деталей при небольшой силе, приложенной к ключу; удобными формами и малыми габаритами резьбовых деталей; стандартизацией; взаимозаменяемостью и централизованным изготовлением резьбовых деталей. С помощью резьбы получают неподвижные соединения, обеспечивающие точную и прочную фиксацию относительного положения деталей, и подвижные, предназначенные для преобразования вращательного движения в поступательное или для создания значительных осевых усилий.

Резьбовые соединения должны соответствовать таким эксплуатационным требованиям, как прочность (статическая и динамическая), жесткость, герметичность, фреттингостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление самоотвинчиванию.

В настоящее время повышенные требования предъявляются к коррозионной стойкости РС, особенно в химическом и нефтегазовом машиностроении, судостроении.

Повышения эксплуатационных характеристик РС достигают различными конструкторско-технологическими методами: выбором соответствующего материала, изменением конструкции, нанесением различных покрытий. Комплексного и рационального обеспечения эксплуатационных характеристик РС можно достигнуть созданием металлопластмассовых структур в зоне контакта деталей, например, при сборке с анаэробными материалами [1–4].

Резьбовые детали изготавливаются из конструкционных и легированных сталей. При выборе материала учитывают условия работы (температуру, среду и другие), характер действующей нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные детали общего назначения изготавливают из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10…сталь 35. Такие стали обладают высокой пластичностью, позволяют изготавливать большие партии резьбовых деталей методом холодной высадки или штамповки заготовок с последующей накаткой резьбы. Легированные стали (35Х, 30ХГСА) применяют для изготовления высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках. Для работы при высоких температурах, в коррозионных и агрессивных средах резьбовые детали изготавливают из коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и других сталей с высоким содержанием хрома или хрома и никеля. В специальных конструкциях, к которым предъявляются жесткие требования по массе (самолеты) применяют крепежные детали из титановых сплавов (ВТ14, ВТ16). При этом их прочность близка к деталям, изготовленным из высоколегированных сталей, при массе, приблизительно в два раза меньшей, кроме того, они обладают высокими антикоррозионными свойствами.

Для улучшения свинчиваемости соединений, устранения заедания в резьбе, защиты крепежных деталей из углеродистых сталей от коррозии, придания декоративного вида применяются покрытия деталей (цинковое, кадмиевое хромовое, никелевое, медное, оксидное и др.). Вид покрытия для определенного материала выбирают по ГОСТ 1759.4-87.

Для оценки коррозионной стойкости гальванических покрытий ц.15 (цинк, толщина 15 мкм, без пассивации), ц.15 (с радужной пассивацией), сплавом ц-н.15 (цинк-никель, без пассивации, содержание никеля в испытуемых сплавах составляет 12%), ц-н.15 (с радужной пассивацией) и ц-н.15.н.2 (двойное покрытие – первый слой сплав цинк-никель 15 мкм, второй слой никель 2 мкм) были проведены климатические испытания по ГОСТ 9.308-85 двумя методами: в камере влаги и в камере соляного тумана. Климатические испытания в камере влаги при относительной влажности 93±3% и температуре 40±2^оС проводили в течение 56 суток, а оценку коррозионной стойкости покрытий проводили «оценочным баллом коррозионной стойкости» (К) по ГОСТ 27597-88.

Испытания в камере соляного тумана проводили при температуре 35±2^оС в течение семи суток.

Испытаниям подвергались стальные образцы размером 2х3 см, покрытые вышеприведенными гальваническими покрытиями.

Гальванические покрытия цинком без пассивации, цинком с пассивацией и сплавом цинк-никель без пассивации не прошли испытания. На образцах наблюдается коррозия покрытия, поражение основного металла не наблюдается.

Испытания в камере влаги показали, что гальванические покрытия сплавом цинк-никель с радужной пассивацией и двойное покрытие (Ц-Н.15.Н.2) оцениваются в десять баллов. На поверхности двойного покрытия изменения внешнего вида поверхности не наблюдается. На поверхности гальванического покрытия цинк-никель с радужной пассивацией наблюдается незначительное изменение цветности пассивной пленки.

Испытания на воздействие соляного тумана в течении семи суток показали, что гальванические покрытия цинк-никель с радужной пассивацией и двойное покрытие (Ц-Н.15.Н.2) оцениваются в десять баллов. На поверхности покрытия не наблюдается каких-либо изменений внешнего вида.

Таким образом, исходя из результатов коррозионных испытаний, гальванические покрытия сплавом цинк-никель с радужной пассивацией и двойное покрытие можно рекомендовать для защиты стальных резьбовых изделий от коррозии в морской атмосфере, как альтернативу кадмиевому покрытию. Кроме этого двойное покрытие в ходе коррозионных испытаний не потеряло своих декоративных свойств.