Draadwalsen verbetert de vermoeidheidsweerstand van roestvrijstalen bouten aanzienlijk in vergelijking met gesneden draadsnijden, vanwege verschillende sleutelfactoren die verband houden met de manier waarop de schroefdraden worden gevormd en de resulterende materiaaleigenschappen. Hier volgt een overzicht van hoe draadrollen de weerstand tegen vermoeidheid verbetert:
Materiaalversterking door koudverwerken
Draadwalsen is een koudvervormingsproces waarbij de schroefdraad wordt gecreëerd door druk uit te oefenen op het oppervlak van de bout, waardoor het materiaal plastisch vervormt tot de gewenste draadvorm. Deze koude bewerking veroorzaakt verharding van het roestvrij staal, waardoor de hardheid en sterkte van de oppervlaktelaag toeneemt.
De koudgevormde schroefdraden hebben hogere drukrestspanningen, wat betekent dat het oppervlak minder snel zal scheuren onder cyclische belastingen (herhaalde spanningen), waardoor de weerstand tegen vermoeidheid van de bout wordt verbeterd. Bij gesneden draad wordt daarentegen materiaal verwijderd, waardoor de draden zwakker worden en gevoeliger zijn voor scheuren onder herhaalde belasting.
Geen materiaalverwijdering = continue korrelstructuur
Bij het draadwalsen wordt er geen materiaal van de bout verwijderd. In plaats daarvan wordt het materiaal verplaatst om de draden te vormen. Hierdoor blijft de doorlopende korrelstructuur van het roestvast staal behouden, die de contouren van de draad volgt.
Door deze continue graanstroom in stand te houden, zijn de gewalste draden sterker en beter bestand tegen vermoeiing. Snijdraad daarentegen snijdt de korrelstructuur door, waardoor spanningsconcentratiepunten ontstaan die na verloop van tijd kwetsbaarder zijn voor vermoeidheid en falen.
Gladde oppervlakteafwerking
Gewalste draden hebben over het algemeen een gladdere oppervlakteafwerking vergeleken met gesneden draden. Het gladdere oppervlak betekent dat er minder onvolkomenheden in het oppervlak zijn, zoals microscopisch kleine inkepingen of gereedschapsmarkeringen, die tijdens cyclische belasting als spanningsconcentrators kunnen fungeren.
Bij gesneden schroefdraad laat het bewerkingsproces vaak kleine oppervlaktedefecten achter, die bij herhaalde spanningen scheuren kunnen veroorzaken, wat kan leiden tot vermoeiingsproblemen. Gewalste draden, met hun gladdere oppervlakken, verdelen de spanning gelijkmatiger en zullen daarom minder snel barsten.
Resterende drukspanning
Het draadwalsproces introduceert drukrestspanning in het materiaal bij de draadwortel (het laagste deel van de draad). Dit is gunstig omdat de meeste vermoeiingsfouten aan het oppervlak beginnen en de drukspanningen de trekspanningen tegengaan die scheuren veroorzaken.
Bij gesneden schroefdraad veroorzaakt het bewerkingsproces deze gunstige drukspanningen niet en kan het materiaal zelfs met resttrekspanningen achterblijven, die het ontstaan en de voortplanting van scheuren onder vermoeiingsbelasting bevorderen.
Verminderde stressconcentratie
De vloeiende overgangen en afgeronde contouren die door het draadwalsen worden geproduceerd, verminderen de spanningsconcentraties op kritieke punten zoals de draadwortel. Daarentegen hebben gesneden draden vaak scherpere overgangen, die fungeren als spanningsverhogers en de kans op vermoeiingsscheuren in deze gebieden vergroten.
Een lagere spanningsconcentratie in gewalste schroefdraden betekent dat ze meer belastingscycli kunnen doorstaan zonder te falen, waardoor ze beter geschikt zijn voor toepassingen waarbij bouten worden onderworpen aan herhaaldelijk laden en lossen.
Verhoogd vermoeidheidsleven
De combinatie van een gladdere oppervlakteafwerking, drukrestspanningen, continue korrelstroom en verminderde spanningsconcentraties in gerolde draden verhoogt de levensduur van vermoeiing aanzienlijk roestvrijstalen bouten . Dit is vooral belangrijk bij toepassingen waarbij sprake is van dynamische of cyclische belasting, zoals in de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector en de bouwtechniek.
Studies hebben aangetoond dat gewalste draden de levensduur van vermoeiing met maar liefst vier tot vijf keer kunnen verlengen in vergelijking met gesneden draden, waardoor ze de voorkeur verdienen voor toepassingen met hoge spanning en vermoeidheid.
Concluderend verbetert draadwalsen de weerstand tegen vermoeiing van roestvrijstalen bouten door:
Versterking van het materiaal door middel van koudvervormen.
Behoud van de doorlopende korrelstructuur.
Het produceren van een gladder oppervlak met minder onvolkomenheden.
Introductie van gunstige drukrestspanningen.
Vermindering van spanningsconcentraties bij de draadwortel.
Deze factoren zorgen er gezamenlijk voor dat gewalste schroefdraad aanzienlijk duurzamer is onder cyclische belastingen in vergelijking met gesneden schroefdraad, waardoor de vermoeiingsprestaties en de levensduur van roestvrijstalen bouten in veeleisende toepassingen worden verbeterd.
