Pourquoi n’est-il pas recommandé d’utiliser ensemble des vis et des écrous en acier inoxydable dans certaines conditions ?

Dans le domaine de l'assemblage industriel et de la maintenance des équipements, le dicton selon lequel « les vis en acier inoxydable ne doivent pas être utilisées avec des écrous en acier inoxydable » existe depuis longtemps. Il est important de souligner qu'il ne s'agit pas d'un tabou absolu, mais plutôt d'un résumé de l'expérience de l'ingénierie concernant les risques de défaillance dans des conditions de travail spécifiques. Le problème central est le « phénomène de bâillonnement » des fixations en acier inoxydable.

 

Dans des applications telles que les brides de pipelines cryogéniques, les récipients sous pression et les équipements chimiques, lorsque les boulons et écrous en acier inoxydable ont été utilisés pendant une longue période dans des conditions de précharge élevées, une forte résistance à la rotation, voire une incapacité totale à les retirer, se produit souvent lors du démontage.

 

Ce problème est particulièrement important sous charge statique, sans lubrification et dans les mêmes conditions d'accouplement des matériaux.

 

 

Du point de vue de la science des matériaux, l’acier inoxydable présente une bonne ductilité et une faible dureté de surface. Lorsque les vis et écrous en acier inoxydable sont serrés, le film de passivation sur la surface de contact filetée est facilement détruit sous l'action combinée de la haute pression et de la chaleur de friction, et la matrice métallique exposée subit alors une adhésion microscopique. Au fur et à mesure que la rotation se poursuit, cette adhérence se produit de manière répétée et est cisaillée, conduisant finalement à un « soudage à froid » localisé des fils.

 

De plus, lors d'un service à long terme, les fixations subissent une légère déformation plastique sous charge, ce qui rend les joints filetés encore plus serrés et amplifie encore l'effet de friction. Lorsqu'on tente de démonter en sens inverse, il est nécessaire de surmonter non seulement la force de friction conventionnelle mais également la résistance supplémentaire générée par l'adhésion du matériau et la déformation structurelle, augmentant ainsi considérablement la difficulté du démontage.

 

 

Pour réduire le risque de grippage des fixations en acier inoxydable, les méthodes suivantes sont couramment utilisées dans la pratique de l'ingénierie :

 

Premièrement, la probabilité d'adhérence peut être réduite en utilisant des matériaux différents, comme l'utilisation de boulons en acier inoxydable avec des écrous en cuivre ou des écrous-traités en surface, brisant ainsi les conditions d'adhérence du même matériau au niveau du matériau.

 

Deuxièmement, la lubrification de la surface du filetage avant l’assemblage est l’une des méthodes les plus efficaces. Les lubrifiants courants comprennent la graisse, le graphite, le bisulfure de molybdène, les agents antigrippants ou l'imprégnation de cire. Ces mesures peuvent réduire considérablement le coefficient de frottement et supprimer l’augmentation de la température.

 

Deuxièmement, dans des environnements à haute-température ou à haute-charge, des agents antigrippants spécialisés-doivent être utilisés de préférence pour éviter le frittage ou la défaillance d'adhérence dans des conditions de température élevée.

 

 

Comparées aux fixations en acier au carbone, les fixations en acier inoxydable sont plus sujettes au verrouillage, principalement en raison des différences dans les propriétés des matériaux. En prenant comme exemple l'acier inoxydable commun, sa dureté est généralement inférieure à celle de l'acier au carbone de qualité 8,8, mais sa ductilité est meilleure. Lorsque la surface du filetage est endommagée, l'acier inoxydable forme rapidement un nouveau film d'oxyde pour résister à la corrosion. Cependant, lors du serrage, ce film d'oxyde est continuellement détruit et régénéré, formant une réaction en chaîne de "destruction-adhésion-cisaillement-ré-adhésion", conduisant finalement au verrouillage.

 

Ce phénomène est particulièrement fréquent dans les fixations en acier inoxydable, en alliage d'aluminium et en alliage de titane, tandis que sa probabilité est relativement faible dans les fixations en acier au carbone présentant une dureté plus élevée et une ductilité plus faible.

 

 

Dans les applications pratiques, les problèmes de verrouillage ne sont souvent pas causés par un seul facteur, mais plutôt par plusieurs erreurs opérationnelles. Par exemple, des propriétés mécaniques inadaptées des vis et des écrous, la présence de bavures ou de copeaux métalliques sur la surface du filetage, ou une force ou une vitesse de serrage excessive lors de l'installation peuvent augmenter considérablement le risque de grippage.

 

Lors de l'utilisation d'une clé électrique pour un serrage à grande vitesse-, la température de la paire filetée augmente fortement en peu de temps, ce qui est l'une des causes typiques de grippage instantané deattaches en acier inoxydable. De plus, le fait de ne pas maintenir l'écrou perpendiculaire à l'axe du boulon ou de ne pas utiliser de rondelle plate ou de rondelle élastique peut également conduire à une concentration de contraintes localisée, induisant ainsi un grippage.