Die Experten: Die Bedeutung der Temperatur bei Schraubenverbindungen

F: Was ist der gebräuchlichste Temperaturbereich für Schrauben und was sind die Folgen, wenn er überschritten wird?

Bolt Material Plating material Temperature Interval Temperature Interval
Min T (oC) Max T (oC) Min T (oF) Max T (oF)
Carbon steel/alloyed steel Oiled -50 120 -58 248
Carbon steel/alloyed steel Zinc plating -50 230 -58 446
Carbon steel/alloyed steel Cadmium -50 110 -58 230
Carbon steel/alloyed steel Phosphate -50 200 -58 392
Carbon steel/alloyed steel Heavy zinc -50 200 -58 392
Carbon steel/alloyed steel Heavy phosphate -50 200 -58 392
Carbon steel/alloyed steel Nickel -50 590 -58 1,094
Carbon steel/alloyed steel Chromium -50 650 -58 1,202
Stainless steel -120 320 -248 608
Onconel -250 650 -418 1,202
Waspalloy -250 870 -418 1,598

A:  Schrauben können aus vielen verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein, die häufigsten sind unlegierter Kohlenstoffstahl, niedrig legierter Vergütungsstahl, höher legierte Stähle und rostfreier Stahl. Für Hochtemperaturanwendungen kommen verschiedene eisen-, nickel- und chromhaltige Legierungen zum Einsatz, wie z. B. Inconel und Waspaloy. Schrauben aus unlegiertem und legiertem Stahl eignen sich für Temperaturen ab -50°C, wobei der obere Grenzwert von der Temperaturgrenze der Beschichtung abhängig ist. Einige gängige Beispiele sind in der Tabelle aufgeführt. Um eine höhere Betriebstemperatur zu erzielen, können nickel- oder chromhaltige Beschichtungen verwendet werden, da ihre Temperaturgrenze bei bis zu 590°C (für Nickel) und bei 420–650°C (für Chrom) liegt. Beide Methoden sind jedoch teuer und werden für Verbindungselemente eher selten verwendet.

Schrauben aus rostfreiem Stahl, die in einer Vielzahl unterschiedlicher Legierungen erhältlich sind, erfordern in der Regel keine Schutzbeschichtung und weisen einen größeren Gebrauchstemperaturbereich als einfache Kohlenstoff- oder Legierungsstähle auf. Je nach Legierungstyp liegt die Temperaturgrenze für rostfreien Stahl in einem Bereich von -120 bis 320°C.

Eine Überschreitung des Betriebstemperaturbereichs der Verbindungselemente kann mehrere Auswirkungen haben:

1. Unlegierter Stahl (Kohlenstoffstahl) und legierter Stahl werden bei Temperaturen unter -50°C spröde.

2. Eine Überschreitung der Betriebstemperatur der Beschichtung kann aufgrund der Wasserstoffversprödung zu einem vorzeitigen Versagen des Verbindungselements sowie zum Verlust des Korrosionsschutzes führen.

3. Die Festigkeitseigenschaften des Verbindungselements nehmen mit steigender Temperatur ab.

4. Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des Verbindungselements und der Verbindung ändert sich die Klemmkraft.

5. Kriech- und Spannungsrelaxation treten auf.

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