INTRODUÇÃO
O aço inoxidável é um material de fixação popular devido à sua resistência inerente à corrosão e geralmente maior resistência à tração do que o aço comercial de baixo carbono. No entanto, durante a instalação, os usuários podem encontrar escoriações, resultando em desgaste excessivo ou, na pior das hipóteses, emperramento dos componentes de acoplamento, conforme a Figura 1. Ao identificar as causas prováveis, os projetistas e montadores podem se proteger contra esse fenômeno prejudicial e, às vezes, incompreendido. Embora o desgaste possa ocorrer entre várias superfícies de acoplamento, este boletim enfoca as causas e a prevenção associadas aos fixadores roscados.
EXPLICAÇÃO
O desgaste ocorre mais comumente entre fixadores de acoplamento de materiais que geram uma camada de superfície de óxido resistente à corrosão, como aço inoxidável, titânio, alumínio e algumas outras ligas. Durante a montagem, o contato entre os pontos altos nas roscas desgasta as camadas de óxido protetoras, expondo os materiais de base. Quando a força coesiva entre os materiais excede a resistência de qualquer metal, ocorre soldagem em fase sólida (desgaste). Em baixas pressões ou cargas, a solda é fraca e pequenas quantidades de metal são transferidas para o lado mais forte ou flutuam independentemente na junta, criando desgaste e detritos excessivos. À medida que as tensões aumentam, os pontos altos são deformados, ampliando as áreas de contato da superfície e formando ligações mais fortes. A ação cumulativa de entupimento e cisalhamento resulta em maior adesão e apreensão ocasional de componentes de acoplamento. De todos os materiais propensos ao desgaste, os usuários enfrentam mais problemas com o aço inoxidável, devido à sua modesta capacidade de dissipar calor e maior coeficiente de atrito.
CAUSAS E PREVENÇÃO
Os principais fatores que contribuem para o desgaste da rosca incluem atrito e calor produzidos durante a montagem, uso de materiais semelhantes e suavidade e limpeza da rosca. Compreender as causas que contribuem para esses fatores é essencial para reduzir ou eliminar os efeitos da irritação e incorporar contramedidas apropriadas.
Fricção/calor
O desalinhamento axial entre os fixadores coincidentes e/ou cargas estranhas entre os componentes fixados introduzidos durante a montagem, por engano ou por projeto, pode aumentar o atrito, resultando em desgaste. Exemplos incluem furos de componentes fixados não alinhados, ângulo de instalação de fixadores de rosca externos além da perpendicular à superfície de acoplamento resultante de erro do operador e uso da ação de rosqueamento entre fixadores para unir componentes resistentes ou comprimir molas. O design ideal permite que o fixador rosqueie livremente até a superfície de acoplamento e, em seguida, passe de confortável para totalmente carregado dentro de uma rotação de 90 graus. Quanto menor a quantidade de contato flanco a flanco da rosca sob carga, maior a probabilidade de o fixador não se desgastar.
Se um fixador exigir um elemento de travamento para resistir ao afrouxamento devido à vibração, um material de nylon pode ser adicionado às roscas para criar resistência de fricção à rotação entre os fixadores de acoplamento. No entanto, esses elementos são comumente aplicados a um lado do fixador, criando pressão excêntrica e um alto risco de desgaste. Elementos de travamento que são aplicados 360 graus ao redor da rosca resultam em uma pressão uniforme e menor chance de desgaste. Porcas de aço inoxidável com características de travamento deformadas mecanicamente quase certamente irão desgastar com fixadores de rosca externa de aço inoxidável.
Para atender à demanda por tempos de montagem reduzidos, os acionadores de alta rpm são comumente usados para instalar fixadores roscados. À medida que as rpm de instalação aumentam, o mesmo acontece com o calor durante o rosqueamento e o potencial de aperto excessivo – as principais causas do desgaste. Ao reduzir as rpm de instalação e controlar de perto o torque de fechamento, a probabilidade de desgaste pode ser reduzida.
Materiais semelhantes
Muitas aplicações restringem o projetista a usar séries semelhantes de aços inoxidáveis. Em geral, os aços inoxidáveis da série 300 são especificados por sua resistência à corrosão. Embora não tenham o mesmo nível de proteção contra corrosão, os fixadores feitos de aços inoxidáveis da série 400 têm menos tendência ao desgaste com fixadores da série 300, porque as ligas endurecem em taxas diferentes. Além disso, a série 400 pode ser tratada termicamente, oferecendo resistência adicional ao desgaste, enquanto a série 300 não pode. O uso de classes diferentes dentro da mesma série, 304 e 316, por exemplo, para evitar desgaste gera debate entre algumas fontes notáveis nos setores de fixadores e aço inoxidável e pode não ter o efeito desejado. Matérias-primas avançadas foram desenvolvidas para reduzir o desgaste, mantendo a resistência à corrosão. Gall-Tough® e Nitronic 60® são dois exemplos de aços inoxidáveis proprietários que reduzem o desgaste. Em geral, ditar classes de aço inoxidável e especificar materiais proprietários pode adicionar complexidade e custo a um projeto e só deve ser considerado quando todas as outras medidas preventivas falharem.
Suavidade/Limpeza da rosca
As roscas de fixadores que parecem lisas a olho nu apresentarão rugosidade, costuras, voltas de material e rebarbas quando vistas sob ampliação, conforme a Figura 2. Com fixadores de aço-carbono, essas irregularidades de superfície não causam problemas, mas, com materiais propensos a desgaste, eles formam os pontos altos que podem desencadear o ciclo de desgaste. A maioria das fontes afirma que as roscas cortadas desgastam mais facilmente do que as roscas formadas a frio, porque as linhas de grãos do material de base são cortadas, introduzindo planos de fraqueza e marcas de ferramentas de corte. Por outro lado, as roscas de formação a frio moldam as linhas de fluxo de grãos do material para se conformar em torno do perfil de rosca e polir as raízes e os flancos. No entanto, pelo menos uma fonte respeitável de matéria-prima de aço inoxidável contesta o benefício da formação a frio de aços inoxidáveis da série 300. Ironicamente, a maioria dos usuários que experimentam pontos de falha culpam o fixador de rosca externa, porque geralmente é o primeiro componente a mostrar danos. No entanto, a maioria dos fixadores de rosca interna tem roscas cortadas, enquanto a maioria dos fixadores de rosca externa são formados a frio. Os fixadores roscados externamente devem ser manuseados com cuidado. A embalagem deficiente e o arremesso aleatório de fixadores pesados em um recipiente de armazenamento podem cortar e amassar as roscas, criando também um estímulo para o desgaste.
As roscas limpas são menos propensas a desgaste. Areia e detritos nas roscas podem aumentar a fricção e a pressão de contato da superfície da rosca. Embora uma pequena quantidade de óleo deixada para trás pela fabricação possa ajudar a lubrificar as roscas e evitar o desgaste, isso geralmente não é aceitável para conjuntos eletrônicos em que a limpeza é primordial. As peças devem ser inspecionadas, manuseadas e armazenadas para evitar contaminação antes do uso.
Contramedidas
Embora possam ser tomadas precauções para mitigar as condições acima mencionadas, ainda podem ocorrer desgastes. A lubrificação pode ser uma das melhores maneiras de reduzir o atrito entre os flancos da rosca e eliminar o desgaste. Um dos lubrificantes mais comuns e menos caros na indústria de fixadores é uma cera comercial. Aplicada pelo fornecedor, na maioria dos casos é imperceptível para o usuário e pode ser extremamente eficaz quando usada em conjunto com outras medidas antidesgaste. Em situações mais extremas, um revestimento em Teflon® ou dissulfeto de molibdênio aplicado às roscas pelo fornecedor reduz significativamente o atrito.
Diminuir o atrito entre os flancos da rosca reduz o torque necessário para carregar adequadamente
o fixador. Portanto, as especificações de instalação de torque devem ser revisadas de acordo com cada
aplicação.
CONCLUSÃO
O desgaste ocorre frequentemente entre os fixadores de aço inoxidável como resultado de atrito excessivo e calor gerado durante a montagem, uso de materiais semelhantes e rugosidade e limpeza da rosca, levando ao desgaste prematuro e possível emperramento dos componentes. Na experiência da Pencom, a maioria dos casos de desgaste resulta de projeto de junta defeituoso e instalação de alta rpm, e pode ser remediada aplicando uma cera comercial nas roscas do fixador e/ou revisando os procedimentos de montagem. A Figura 3 lista as causas do desgaste e as etapas de prevenção associadas.
Com cuidadosa premeditação, as vantagens dos fixadores de aço inoxidável podem ser totalmente apreciadas sem experimentar os efeitos prejudiciais do desgaste. Para saber mais sobre revestimentos resistentes ao desgaste em seus fixadores ou para discutir questões de aplicação, entre em contato com um representante de contas da Pencom.