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DIN- und Normteile - Technische Informationen zu Verbindungselementen

Rost- saerebestaendige Verbindungselemente

2. Rost- und saeurebestaendige Verbindungselemente

2.1 Mechanische Eigenschaften
Fuer Schrauben und Muttern aus Edelstahl gilt die DIN EN ISO 3506. Es gibt eine Vielzahl von nichtrostenden Staehlen, die in die drei Stahlgruppen Austenitisch, Ferritisch und Martensitisch untergliedert werden, wobei der austenitische Stahl die groeβte Verbreitung gefunden hat. Die Stahlgruppen und die Festigkeitsklassen werden mit einer vierstelligen Buchstaben- und Ziffernfolge bezeichnet.

Beispiel:

A2–70
A - Austenitischer Stahl
2 - Legierungstyp innerhalb der Gruppe A
70 - Zugfestigkeit mindestens 700 N/mm2, kaltverfestigt
Das ISO-bezeichnungssystem für die austenitische Stahlgruppe
Abb. 1
2.1.1 Festigkeitseinteilung von Edelstahlschrauben
In der DIN ISO 3506 sind die für Verbindungselemente empfohlenen Stahlsorten zusammengestellt. Es wird vorwiegend austenitischer Stahl A2 verwendet. Bei erhoehten Korrosionsbeanspruchungen werden hingegen Chrom- Nickel-Staehle aus der Stahlgruppe A4 verwendet. Für die Auslegung von Schraubenverbindungen aus austenitischem Stahl sind die mechanischen Festigkeitswerte der nachfolgenden Tabelle 12 zugrundezulegen.
Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen der austenitischen Stahlgruppe
2.1.2 Streckengrenzlasten für Schaftschrauben
Die austenitischen Chrom-Nickel-Staehle sind nicht haertbar. Eine hoehere Streckgrenze erreicht man nur durch Kaltverfestigung, die als Folge des Kaltumformers (z. B. Gewindewalzen) entsteht. In Tabelle 13 sind Streckgrenzlasten für Schaftschrauben nach DIN EN ISO 3506 zu entnehmen.
2.1.3 Eigenschaften von Edelstahlschrauebn bei erhoehten Temperatur
2.1.4 Anhaltswerte für Anzugsdrehmoment
Die für den einzelnen Verschraubungsfall benoetigten Anzugsdrehmomente in Abhaengigkeit von Nenndurchmesser und Reibungszahl sind aus Tabelle 14 als Anhaltswerte zu entnehmen.
Schraube aus Mutter aus μ bei Schmierzustand
ohne Schmierung
μ bei Schmierzustand
MoS2-Paste
A2 oder A4 A2 oder A4 0,23 - 0,5 0,10 - 0,20
A2 oder A4 AIMgSi 0,28 - 0,35 0,08 - 0,16
Reibungszahlen μges. setzen einen gleichen Reibungswert im Gewinde und unter dem Kopf resp. Mutternauflage voraus.
2.2 Korrosionsbestaendigkeit von A2 und A4
Die nichtrostenden und saeurebestaendigen Staehle wie A2 und A4 fallen unter die Kategorie des"aktiven" Korrosionsschutzes.

Rostfreie Edelstaehle enthalten mindestens 16% Chrom (Cr) und sind bestaendig gegen oxidierende Angriffsmittel. Hoehere Cr-Gehalte und weitere Legierungsbestandteile wie Nickel (Ni), Molybdaen (Mo), Titan (Ti) oder Niob (Nb) verbessern die Korrosionsbestaendigkeit. Diese Zusaetze beeinflussen auch die mechanischen Eigenschaften. Andere Legierungsbestandteile werden nur zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, z. B. Stickstoff (N), oder der spanabhebenden Bearbeitbarkeit, z. B. Schwefel (S), zugesetzt.

Verbindungselemente aus austenitischen Staehlen sind im allgemeinen nicht magnetisierbar, jedoch kann eine gewisse Magnetisierbarkeit nach der Kaltumformung vorhanden sein. Die Korrosionsbestaendigkeit wird jedoch davon nicht beeinflusst. Die Magnetisierung durch Kaltverfestigung kann soweit gehen, dass das Stahlteil an einem Magnet haften bleibt.

Dabei ist zu beachten, daβ in der Praxis eine Reihe unterschiedlicher Korrosionsarten auftreten. Im folgenden sind die haeufigsten Korrosionsarten bei rostfreiem Edelstahl aufgeführt und in nachstehender Abbildung J beispielhaft dargestellt:

Abb. J: Darstellung der haeufigsten Korrosionsarten bei Schraubenverbindungen
2.2.1 Flaechen- und abtragende Korrosion
Bei der gleichmaeβigen Flaechenkorrosion, auch abtragende Korrosion genannt, wird die Oberflaeche gleichmaeβig und allmaehlich vom Korrosionsangriff abgetragen. Diese Korrosionsart kann durch sorgfaeltige Werkstoffauswahl verhindert werden. Aufgrund von Laborversuchen haben Herstellerwerke Bestaendigkeitstabellen veroeffentlicht, welche Hinweise über das Verhalten der Stahlsorten bei verschiedenen Temperaturen und Konzentrationen in den einzelnen Medien geben (siehe Abschnitt 2.2.5).
2.2.2 Lochfraβ
Lochkorrosion zeigt sich durch einen flaechigen Korrosionsabtrag mit zusaetzlicher Mulden- und Lochbildung.

Hierbei wird die Passivschicht oertlich durchbrochen. Bei Edelstahl Rostfrei in Kontakt mit chlorhaltigem Wirkmedium kommt es auch zu alleinigem Lochfraβ mit nadelstichartigen Einkerbungen in den Werkstoff. Auch Ablagerungen und Rost koennen Ausgangspunkte von Lochkorrosion sein. Deshalb sind alle Verbindungselemente regelmaeβig von Rueckstaenden und Ablagerungen zu reinigen.


Die austenitischen Staehle wie A2 und A4 sind gegen Lochfraβ bestaendiger als ferritische Chrom-Staehle.

2.2.3 Kontaktkorrosion
Kontaktkorrosion entsteht, wenn zwei Bauteile unterschiedlicher Zusammensetzung sich in metallischem Kontakt befinden und Feuchtigkeit in Form eines Elektrolyten vorhanden ist. Hierbei wird das unedlere Element angegriffen und zerstoert.
Um Kontaktkorrosion zu verhindern, sollten folgende Punkte beachtet werden:
  • Isolierung der Metalle an der Kontaktstelle, z. B. durch Gummi, Kunststoffe oder Anstriche, damit kein Kontaktstrom flieβen kann.
  • Nach Moeglichkeit ungleiche Werkstoffpaarungen vermeiden. Als Beispiel sollten Schrauben, Muttern und Scheiben den zu verbindenden Bauteilen angepaβt werden.
  • Kontaktvermeidung der Verbindung mit elektrolytischem Wirkmedium.
  • 2.2.4 Spannungsriβkorrosion
    Diese Korrosionsart entsteht in der Regel bei in Industrieatmosphaere eingesetzten Bauteilen, die unter starker mechanischer Zug- und Biegebelastung stehen. Auch durch Schweiβen entstandene Eigenspannungen koennen zu Spannungsriβkorrosion führen.
    Besonders empfindlich gegen Spannungsriβkorrosion sind austenitische Staehle in Chloridloesungen. Der Einfluβ der Temperatur ist hierbei erheblich. Als kritische Temperatur sind 50°C zu nennen.
    2.2.5 A2 und A4 in Verbindung mit korrosiven Medien
    In der folgenden Tabelle wird ein ueberblick über die Bestaendigkeit von A2 und A4 in Verbindung mit verschiedenen korrosiven Medien gegeben. Die angegebenen Werte dienen nur als Anhaltspunkte, bieten aber dennoch gute Vergleichsmoeglichkeiten.
    Einteilung des Bestaendigkeitsgrades in verschiedene Gruppen
    Bestaendigkeitsgrad
    Beurteilung
    Gewichtsverlust
    in g/m2h
    A
    vollkommen bestsendig
    < 0,1
    B
    praktisch bestaendig
    0,1-1,0
    C
    wenig bestaendig
    1,0-10
    D
    unbestaendig
    > 10
    2.3 Kennzeichnung von nichtrostenden Schrauben und Muttern
    Die Kennzeichnung von nichtrostenden Schrauben und Muttern muβ die Stahlgruppe und die Festigkeitsklasse sowie das Herstellerkennzeichen enthalten.
    Kennzeichnung von Schrauben nach DIN ISO 3506-1
    Sechskantschrauben und Zylinderschrauben mit Innensechskant ab Nenndurchmesser M5 sind entsprechend dem Bezeichnungssystem deutlich zu kennzeichnen. Die Kennzeichnung sollte nach Moeglichkeit auf dem Schraubenkopf angebracht sein.
    Abb. K: Auszug aus DIN EN ISO 3506-1
    Kennzeichnung von Muttern nach DIN EN ISO 3506-2
    Muttern mit Gewinde-Nenndurchmesser ab 5 mm sind entsprechend dem Bezeichnungssystem deutlich zu kennzeichnen. Eine Kennzeichnung auf nur einer Auflageflaeche ist zulaessig und darf nur vertieft angebracht sein. Wahlweise ist auch eine Kennzeichnung auf den Schluesselflaechen zulaessig.
     
     

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