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Un ingegnere di un impianto alimentare richiede una catena in acciaio inossidabile n. 40 per sostituire una catena in acciaio al carbonio n. 40. Passo identico, stessi pignoni, sostituzione diretta. Poi la linea funziona a capacità ridotta per sei mesi finché la catena non si rompe prematuramente e nessuno capisce il motivo.
Il motivo risiede nelle cifre del carico di lavoro e ha un’entità molto maggiore di quanto la maggior parte delle persone si aspetti.
Carichi di lavoro pubblicati per dimensioni ANSI corrispondenti:
L’acciaio inossidabile sopporta circa un decimo del carico di lavoro dell’acciaio al carbonio alla stessa dimensione ANSI.
| Numero ANSI | Pitch | Carico di lavoro in acciaio inossidabile | Carico di lavoro in acciaio al carbonio | Sanzione |
| #25 | 0.250" | 15 lbf | 140 lbf | 9,3x |
| #35 | 0.375" | 40 lbf | 560 lbf | 14,0x |
| #40 | 0.500" | 95 lbf | 940 lbf | 9,9x |
| #50 | 0.625" | 150 lbf | 1.620 lbf | 10,8x |
| #60 | 0.750" | 190–230 lbf | 2.470 lbf | 13,0× |
Una catena in acciaio inossidabile #40 trasmette 95 lbf dove l’equivalente in acciaio al carbonio trasmette 940 lbf. Non si tratta di una semplice riduzione della capacità di carico: è una differenza di un ordine di grandezza.
Le dimensioni sono identiche, ed è proprio questo a renderla pericolosa. Una catena in acciaio inossidabile #40 funziona su una ruota dentata #40, si adatta agli stessi dispositivi di protezione e viene misurata con gli stessi strumenti. L’unico avvertimento è il catalogo.
Un produttore risponde direttamente alla domanda nella propria pagina FAQ, in cui viene chiesto se una catena in acciaio al carbonio possa essere sostituita con una in acciaio inossidabile:
No. L’acciaio inossidabile 304 e 316 è naturalmente un materiale più morbido e i carichi di lavoro massimi sono significativamente inferiori rispetto a quelli delle catene in acciaio al carbonio.
Due meccanismi, entrambi metallurgici.
L’acciaio inossidabile austenitico non può essere indurito mediante trattamento termico. Sia il 304 che il 316 vengono ricottati in soluzione a una temperatura compresa tra 1010 e 1120 gradi Celsius e raffreddati rapidamente. Non è previsto alcun passaggio di tempra e rinvenimento che aumenti la durezza superficiale, poiché tale lega non risponde a questo trattamento. I componenti delle catene in acciaio al carbonio vengono induriti; i componenti in acciaio inossidabile rimangono morbidi.
Minore resistenza a trazione della matrice. Anche prima che l’indurimento entri in gioco, le leghe di acciaio inossidabile utilizzate nelle catene presentano una resistenza a trazione inferiore rispetto agli acciai al carbonio impiegati nelle catene standard.
Esiste un terzo effetto pratico da conoscere: l’acciaio inossidabile trattiene più calore durante il funzionamento, il che influisce ulteriormente sulla resistenza a trazione e sulla durata per usura.
La catena è quindi più morbida all’interfaccia perno-battuta, dove avviene tutta l’usura della catena, ed è più debole nelle maglie.
Una volta accettata la penalità di resistenza, la scelta della qualità dipende dalla resistenza ai cloruri.
La differenza è il molibdeno. L'acciaio 316 contiene dal 2 al 3% di Mo; l'acciaio 304 non ne contiene alcuno. Questo singolo elemento aggiunto è ciò che rende l'acciaio 316 resistente alla corrosione da pitting negli ambienti contenenti cloruri.
Il metodo standard per quantificare questa proprietà è il numero equivalente di resistenza al pitting (PREN):
PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N
l'acciaio 304 ha un PREN nella fascia alta dei diciannove. L'acciaio 316 raggiunge un valore significativamente più alto grazie al contributo del termine relativo al molibdeno. Maggiore è il PREN, migliore è la resistenza della lega agli attacchi localizzati di pitting.
Dove questo aspetto è rilevante in uno stabilimento alimentare:
·Salamoia, salatura, sottaceti — 316, senza discussione
·Lavorazione dei prodotti ittici — 316, i cloruri sono ovunque
· Acqua di lavaggio clorurata — 316 se le concentrazioni sono significative
· Panetteria, prodotti secchi, manipolazione generale di alimenti — Di solito è sufficiente l’acciaio inossidabile 304
·Latticini — Dipende dalla chimica della pulizia; verificare i cicli con soluzioni caustiche e acide
Il valore PREN prevede la resistenza alla corrosione per pitting. Non prevede la corrosione da tensione, la corrosione da fessura in geometrie strette né il comportamento in acidi forti. Utilizzarlo come strumento di classificazione, non come garanzia.
Se il carico supera quanto un acciaio inossidabile può sopportare nelle dimensioni richieste, spesso la soluzione non è una catena inossidabile più grande.
Catena in acciaio al carbonio nichelata o zincata recupera gran parte del carico di lavoro pur offrendo resistenza alla leggera corrosione, a un costo inferiore rispetto all’acciaio inossidabile. Per applicazioni in cui la richiesta principale è la resistenza alla corrosione, e non la conformità al contatto con gli alimenti, questa è spesso la soluzione ingegneristica migliore.
Dove non è adatta: contatto diretto con alimenti, lavaggi intensivi con soluzioni caustiche e in qualsiasi contesto in cui il rivestimento possa scheggiarsi e contaminare il prodotto. Il rivestimento è un semplice strato superficiale; l’acciaio inossidabile è invece resistente alla corrosione in tutta la sezione.
Le linee guida pubblicate lo indicano esplicitamente:
· Trasmissione di potenza pesante — attrezzature agricole, riduttori industriali, azionamenti ad alto momento torcente, dove la capacità di carico per passo è l'obiettivo principale
· Azionamenti ad alta velocità — la maggior parte delle catene in acciaio inossidabile, comprese quelle con perni cavi, ha una velocità massima ammessa inferiore rispetto a quella delle catene in acciaio al carbonio, a causa della differenza di durezza
Se non sussiste alcun problema di corrosione o contaminazione, l'acciaio al carbonio, con una capacità di carico operativo 10 volte superiore per ogni dollaro speso, è quasi sempre la scelta migliore.
La catena in acciaio inossidabile a doppio passo è disponibile e utile per il trasporto lento. Gli equivalenti in acciaio inossidabile a doppio passo delle misure #40, #50, #60 e #80 sopportano rispettivamente 95, 150, 230 e 390 lbf, con passi pari a 1,0", 1,25", 1,5" e 2,0".
Si noti che, nell'acciaio inossidabile, spesso nessun passo singolo #80 o superiore disponibile a magazzino. L’equivalente #80 esiste soltanto come catena a doppio passo. Se il vostro progetto richiede una catena in acciaio inossidabile pesante a passo singolo, verificatene la disponibilità prima di procedere.
Acciaio inossidabile con perno cavo è disponibile a magazzino nei modelli #40, #50 e #60, con diametri dei fori per i perni rispettivamente di 0,157", 0,202" e 0,236". Curiosamente, la catena a perno cavo #60 ha una resistenza superiore rispetto alla versione standard #60 in acciaio inossidabile: 230 lbf contro 190 lbf, grazie a una costruzione diversa.
La scelta del materiale è soltanto una parte della conformità alimentare.
FDA 21 CFR 178.3570 riguarda i lubrificanti a contatto accidentale con gli alimenti. È questa la base della norma sui lubrificanti H1. Se il lubrificante per catene può entrare in contatto con il prodotto, deve essere conforme.
Registrazione NSF H1 è il metodo pratico per dimostrare la conformità del lubrificante. Specificate un lubrificante H1 per qualsiasi catena posizionata sopra o accanto a prodotti non confezionati.
EC 1935/2004 è il regolamento quadro dell’UE relativo ai materiali a contatto con gli alimenti: i materiali non devono trasferire costituenti negli alimenti in quantità tali da mettere a rischio la salute umana o da alterarne composizione, sapore o odore.
standard Sanitari 3-A progettare le coperture degli equipaggiamenti per facilitarne la pulizia nei processi lattiero-caseari e alimentari. Questi aspetti influenzano maggiormente la protezione e il supporto della catena rispetto alla catena stessa.
Un aspetto che attira l’attenzione delle persone: passività l’acciaio inossidabile resiste alla corrosione grazie a uno strato di ossido di cromo. Le operazioni di pulizia aggressive, e in particolare il contatto con utensili in acciaio al carbonio che lasciano residui di ferro incorporati, danneggiano tale strato. Una catena che arrugginisce in un impianto alimentare è solitamente acciaio inossidabile contaminato, non un acciaio di qualità inadeguata.
Il metodo è semplice, una volta accettata la riduzione del carico ammissibile:
1. Calcolare la tensione reale della catena partendo dalla coppia e dal diametro primitivo della ruota dentata
2. Applicare il proprio fattore di servizio per i carichi d’urto
3. Confrontare il risultato con il carico di lavoro ammissibile per l’acciaio inossidabile, non con quello relativo all’acciaio al carbonio
4. Se la soluzione non è adeguata, aumentare il passo, aggiungere file o riconsiderare la necessità di utilizzare acciaio inossidabile
Aumentare di una o due misure è normale. Una trasmissione che richiede una catena #40 in acciaio al carbonio potrebbe necessitare di una #60 o #80 in acciaio inossidabile, con ruote dentate e protezioni adeguate. Prevedere questo costo nella fase di progettazione, piuttosto che scoprirlo durante la messa in servizio.
Posso semplicemente usare una catena inossidabile più grande?
Sì, e spesso è obbligatorio. Controllare la tabella dei carichi di lavoro anziché presupporre che una misura in più sia sufficiente; la differenza è notevole.
L’acciaio 316 è più resistente del 304?
No. Entrambi presentano proprietà meccaniche simili nello stato ricotto. L’acciaio 316 offre maggiore resistenza alla corrosione, non maggiore resistenza meccanica. Entrambi subiscono la stessa penalizzazione di resistenza rispetto all’acciaio al carbonio.
Perché la mia catena inossidabile si è ossidata?
Molto probabilmente a causa di contaminazione da ferro, causata da utensili o attrezzature per la pulizia in acciaio al carbonio, che danneggiano lo strato passivo. Una repassivazione potrebbe ripristinarne le caratteristiche. L’altra causa comune è l’attacco da cloruri sull’acciaio 304, dove sarebbe stato necessario l’acciaio 316.
Posso utilizzare una catena inossidabile sui miei pignoni esistenti?
Sì, dimensionalmente le dimensioni ANSI sono identiche. La vera domanda è se il riduttore può funzionare con il carico di lavoro ridotto.
In quale intervallo di temperatura può operare la catena in acciaio inossidabile?
Più larga rispetto all'acciaio al carbonio alle due estremità, il che rappresenta uno dei suoi veri vantaggi. Consultare i dati specifici del produttore della catena per la qualità e la costruzione prescelte.
È necessario utilizzare un lubrificante H1 se la catena si trova sotto il prodotto?
Sì, se esiste anche la minima possibilità di contatto accidentale. Sono considerati tali gli schizzi, le gocce e la nebbia aerea. La maggior parte degli impianti adotta standard H1 in tutta la zona alimentare, anziché gestire due diversi lubrificanti.
Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. fornisce catene a rulli e ruote dentate in acciaio inossidabile 304 e 316 per il settore della lavorazione alimentare, nonché acciaio al carbonio zincato e nichelato quando la richiesta principale è la resistenza alla corrosione, piuttosto che la conformità al contatto con gli alimenti. Inviaci la tensione effettiva della catena e la composizione chimica del lavaggio ad alta pressione: provvederemo alla scelta dimensionale sulla base del carico di lavoro ammissibile dell’acciaio inossidabile, non su quello dell’acciaio al carbonio.
