EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
VI
TH
TR
GA
CY
BE
IS
Galling en slijtage in roestvrijstaal: Materiaalkeuze en oppervlaktebehandeloplossingen voor bewegende onderdelen
Natuurlijk. Hier is een gedetailleerde, professionele gids voor het bestrijden van galling en slijtage in roestvrij staal, een kritisch probleem voor constructeurs en onderhoudsprofessionals.
Galling en slijtage in roestvrijstaal: Materiaalkeuze en oppervlaktebehandeloplossingen voor bewegende onderdelen
Voor ingenieurs die bewegende onderdelen ontwerpen - bevestigingsmiddelen met schroefdraad, kleppen, pompen en lagers - wordt roestvrij staal vaak gekozen vanwege zijn corrosiebestendigheid. Echter, deze zelfde eigenschap maakt het ook berucht omgeven aan een destructieve vorm van slijtage die bekend staat als galling (of koud lassen). In dit artikel wordt een duidelijke, praktische gids gegeven om galling te voorkomen door slimme materiaalkeuze en oppervlaktebehandeling, zodat uw onderdelen soepel functioneren en langer meegaan.
Waarom roestvrij staal slijt? De oorzaak
Galling is een vorm van ernstige adhesieve slijtage. Wanneer twee oppervlakken van roestvrij staal onder druk tegen elkaar wrijven, wordt de natuurlijk beschermende oxide laag weggeschraapt. Het onderliggende zachte, buigele metalen hecht zich dan op microscopisch niveau door koud lassen. Wanneer de wrijving doorgaat, worden deze gelaste verbindingen gescheurd, waarbij metalen deeltjes van de oppervlakken worden losgerukt, ernstige oppervlakteschade, wrijving en vaak vastlopen veroorzaakt.
Belangrijke factoren die galling versnellen:
-
Hoge belastingen / lage snelheden: Hoge contactdruk met langzame, oscillatieve beweging is een klassiek scenario voor galling.
-
Gelijke materialen: Identieke metalen hebben een veel grotere neiging tot koudlassen.
-
Lage hardheid: Zachtere en meer vervormbare kwaliteiten (zoals 304) zijn gevoeliger dan hardere varianten.
-
Onvoldoende smering: Droog of slecht gesmeerd contact verhoogt het risico aanzienlijk.
Strategie 1: Materiaalkeuze – De eerste verdedigingslinie
De meest effectieve manier om galling te voorkomen, is het vanaf het begin juiste materialen kiezen.
a. Vermijd identieke metalen combinaties
Dit is de gouden regel. Combineer nooit austenitisch roestvast staal (304, 316) met zichzelf voor glijdende contacten.
b. Kies voor roestvast staal met gallingweerstand
Sommige roestvaststaalsoorten zijn vanwege hun uithardingseigenschappen of andere microstructuur inherent beter geschikt.
| Materiaal | Belangrijkste kenmerken | Ideaal is voor |
|---|---|---|
| 304 / 316 | Meest gevoelig. Zacht, smeedbaar, uithardend. | Alleen geschikt voor statische toepassingen. Niet geschikt voor bewegende onderdelen. |
| Nitronic 60 (UNS S21800) | De gouden standaard. Hoog uithardingsvermogen, hoog chroom- en stikstofgehalte. De hardheid kan tijdens slijtage HRC 40 overschrijden. | Klepstengels, bevestigingsmiddelen, lagers, hulzen. |
| 440C / 17-4PH | Martensitisch/Afhardend door neerslag. Kan worden warmtebehandeld tot hoge hardheid (HRC 50+). Uitstekende slijtvastheid, maar vereist passivatie voor corrosiebestendigheid. | Hoge sterkte lagers, tandwielen en bevestigingsmiddelen. |
| Duplex 2205 | Twee-fasen (austeniet/ferriet) structuur biedt betere bestandheid dan 304/316. Hogere vloeigrens. | Assen, fittingen in corrosieve omgevingen. |
| Kobaltlegeringen (Stellite 6) | Niet roestvrij, maar wordt gebruikt voor hardfacing. Uitstekende bestandheid tegen slijtage en galling. | Kleppen, afsluiters en slijtoppervlakken voor zware dienst. |
c. Onvergelijkbare metalen combinaties
Het combineren van roestvrij staal met een volledig ander materiaal is een zeer effectieve strategie.
-
Roestvrij Staal vs. Brons: Een klassieke combinatie. De brons fungeert als offermateriaal, is zelfsmorend en voorkomt metalen hechting.
-
Roestvrij Staal vs. Gehard Werktuigstaal: Het aanzienlijke verschil in hardheid en materiaalstructuur voorkomt hechting.
-
Roestvrij Staal vs. Koolstof-Graphiet: Uitstekend geschikt voor droog of half-droog loopgedrag.
Strategie 2: Oppervlakte-technologie – Het basis materiaal verbeteren
Wanneer u een standaardkwaliteit zoals 304 of 316 moet gebruiken, of wanneer u de prestaties verder wilt verbeteren, zijn oppervlaktebehandelingen de oplossing.
a. Lage wrijvingscoatings
-
PTFE (Teflon) of Molybdeen Disulfide (MoS2) Impregnering: Deze coatings worden op het onderdeel gebakken, waardoor een permanente, droog-glijdende oppervlakte ontstaat die de wrijvingscoëfficiënt sterk verlaagt. Ideaal voor bevestigingsmiddelen.
-
Fysische dampafzetting (PVD): Brengt een uiterst harde, dunne en glijdende keramische coating aan, zoals Chroomnitride (CrN) of Titaniumnitride (TiN) . Deze coatings zijn te hard om koud te lassen en bieden uitstekende slijtvastheid. Uitstekend voor precisiecomponenten.
b. Oppervlakteharding
-
Nitreren / Nitrocarbureren: Diffundeert stikstof in het oppervlak, waardoor een harde, slijtvaste laag ontstaat. Opmerking: Dit kan de corrosiebestendigheid verlagen bij sommige kwaliteiten, omdat chroom wordt uitgeput.
-
Korstharding (voor martensitische kwaliteiten): Grades zoals 440C kunnen volledig worden gehard, terwijl andere oppervlakkig kunnen worden gehard via gespecialiseerde processen.
c. Thermische spuitcoatings
-
High-Velocity Oxygen Fuel (HVOF): Spuit poedermaterialen (zoals wolfraamcarbide-kobalt) op het oppervlak met supersone snelheden, waardoor een dichte, uiterst harde en slijtvaste coating ontstaat.
Strategie 3: Ontwerp- en operationele best practices
-
Smering: Gebruik altijd een hoogwaardige, anti-seizende smeermiddel. Zware smeermiddelen met extreme druk (EP)-additieven zoals molybdeen-disulfide of grafiet zijn essentieel voor de montage.
-
Verminder oppervlakkendruk: Ontwerp grotere contactoppervlakken, gebruik schijfjes en zorg voor correcte uitlijning om de eenheidslasten te minimaliseren.
-
Controleer het oppervlakteafwerkingsniveau: Een zeer gladde afwerking (bijvoorbeeld 8-16 µin Ra) kan het aantal contactpunten verminderen. Omgekeerd kan een opzettelijk grovere afwerking smeermiddel vasthouden. Een optimale afwerking ligt vaak tussen 16-32 µin Ra.
-
Vertraag, versnel: Severe slijtage is erger bij lage snelheden. Ontwerp indien mogelijk voor zeer langzame, doordachte beweging of voor snellere werking waarbij een hydrodynamische smeermiddelfilm kan ontstaan.
Snelkeuzegids voor gangbare componenten
| CompoNent | Hoog risicoscenario | Aanbevolen Oplossing |
|---|---|---|
| Geschroefde bevestigingsmiddelen | 316-bout in een 316-geschroefde boring. |
Ongelijke combinatie: Gebruik een harder materiaal voor de moer (bijvoorbeeld een Nitronic 60-moer op een 316-bout). Coating: Specificeer PTFE/MoS2-gecoate schroefdraad. Smeer: Gebruik altijd anti-seize compound. |
| Inlaat-/uitlaatstelen | 304-stel in een 304-gleuf. |
Materiaal Upgrade: Specificeer Nitronic 60 voor de stel. Ongelijke combinatie: Gebruik een brons glijlager. Smeer: Zorg voor juiste aspakkingssmering. |
| Assen & Lagers | RVS-as in een RVS-buslager. |
Ongelijke combinatie: As van 316 of 440C die draait in een brons- of koolstofgrafietlager. Oppervlaktebehandeling: Breng een PVD-coating (CrN) aan op de as. |
| Draagkracht | 17-4PH hoekstaart die een 17-4PH tandwiel aandrijft. |
Warmtebehandeling: Hard beide tandwielen tot maximale hardheid (HRC 44+ voor 17-4PH). Smeer: Gebruik een tandwielolie van hoge kwaliteit met EP-additieven. |
Conclusie: een veelzijdige aanpak is essentieel
Het voorkomen van slijtage in roestvrij staal draait niet om het vinden van één oplossing. Er is een systematische aanpak nodig:
-
Kies allereerst voor ongelijke materialen of legeringen die van nature bestand zijn tegen slijtage, zoals Nitronic 60.
-
Geef vervolgens voorkeur aan oppervlaktebehandelingen zoals PVD of coatings met lage wrijving om de prestaties verder te verbeteren en een veilheidsmarge te bieden.
-
Ten slotte, onderschat nooit de belangrijkheid van design, smeerolie en correcte installatie.
Door het begrijpen van de metallurgie achter het optreden van galling en deze strategieën toe te passen, kunt u met vertrouwen roestvrij staal specificeren voor bewegende onderdelen, gebruik makend van zijn corrosiebestendigheid zonder het slachtoffer te worden van de vervelende neiging tot vastlopen.
