氧化膜不是咬死的原因，它是在拖延咬死

先講咬死是什麼，再講為什麼

ASTM G40 把 galling 定義為滑動固體之間的一種表面損傷， 特徵是宏觀的、通常局部的粗糙化，以及高於原表面的突起。 決定性的特徵是塑性流動，有時伴隨材料轉移。

從這個定義可以推出三件事，而現場這三件常常被混在一起：

• 它不是刮痕。材料是被推移堆起來了， 不只是被犁到旁邊。
• 它不等於卡死（seizure）。 卡死是功能上的結果——相對運動停止。嚴重的咬死會導致卡死， 但還沒卡死的咬死仍然是咬死。
• 「冷焊」不是它的同義詞。 冷焊是固態接合，它常是起始事件； 而 galling 是之後才發展出來的損傷形態。 ASTM 的定義甚至不要求可以證明的材料轉移。

我們原本要寫的那個解釋，以及它為什麼是錯的

到處都在講的版本——也是我們原本擬好的版本——是這樣： 讓不鏽鋼耐蝕的那層鈍化膜在凸點上被擦掉， 新露出的不鏽鋼在化學上非常活潑，於是跟對面冷焊在一起。 你買它的理由，正是它辜負你的理由。

這個故事很好聽。但氧化膜的作用方向是反的。

針對 316L 的研究發現，預先形成較厚的氧化層會顯著降低 galling 損傷。氧化層降低黏著；它必須先被磨除、 或被機械混合進表面，咬死才會接著發生。 那層膜是站在你跟失效之間的阻隔，不是失效的機制。

故事的後半也不對。碳鋼會咬死。 NIST 的磨耗試驗在普通的 1018 與 1541 上做出了相當嚴重的 galling。 不管實務上是什麼把不鏽鋼跟碳鋼分開， 「碳鋼不會發生這件事」不是那個原因。

實際發生的事

照研究支持得住的方式敘述這個過程：

1. 載荷與滑動在凸點——也就是真正接觸到的那些高點—— 產生高接觸應力與塑性變形。
2. 那個變形破壞掉現場任何一層隔離： 氧化物、污染、潤滑。
3. 裸金屬碰到裸金屬，形成強黏著接點。
4. 繼續滑動時，那些接點在基材內部剪切而不是在界面上， 於是材料轉移、楔狀堆積，塑性流動反覆發生。
5. 結果就是 ASTM 描述的宏觀粗糙化與突起—— 而在螺紋裡，剛才還是間隙的配合，現在變成了干涉。

注意第 4 步才是材料性質最要緊的地方。 一個又軟又有延性的表面，會讓那個接點剪得很深、 讓塑性流動一直延續下去。 退火狀態的沃斯田鐵系不鏽鋼——304、316，也就是 A2 與 A4—— 又軟又非常有延性。那才是真正的答案， 而它是一個力學性質，不是化學性質。

哪些材質，以及配對這件事

退火的 304 與 316 比硬化過的麻田散鐵系更容易咬死， 理由就是上面那條：它們比較軟、延性比較高， 所以大尺度的塑性流動對它們是可及的。 硬化過的麻田散鐵系可以達到一個讓那種流動很難開始的硬度。

同材質對同材質是強風險因子，不是判定法則。 自配對的材料在冶金上完全相容，很容易形成強黏著接點， 而 NIST 的純金屬試驗中自配對通常比異材配對損傷更重。 但異材的沃斯田鐵系仍然會咬死， 而且有專門開發成可以自配對又高抗性的沃斯田鐵系合金。 所以把「材質相同」當成警訊，不要當成判決。

試驗標準會告訴你什麼、不會告訴你什麼

如果有人拿一個 galling 數字給你，值得知道那是什麼。

• ASTM G98 用未潤滑、低速、間歇滑動的 button-on-block 試驗給出門檻咬死應力。 ASTM 明講它是用來對材料偶做初步排序的， 不可直接用於定量設計， 而且該方法不涵蓋潤滑滑動。
• ASTM G196 採用定量的損傷量測，重複性更高； ASTM 把 G98 定位成初步篩選。

兩者模擬的都是低速、間歇、未潤滑的接觸——螺紋嚙合確實在裡面。 但兩者都不會給出你那支螺栓的容許應力。

這篇沒有改變的事

上面沒有一句在說不鏽鋼是壞選擇。它說的是： 它咬死的理由是力學的而不是化學的、 它的氧化膜在幫你而不是害你、 而一支碳鋼螺絲對同一種失效並不免疫。

選不鏽鋼真正的取捨是另一件事，寫在 鍍鋅還是不鏽鋼： 同樣尺寸下不鏽鋼那一支是比較弱的，而這一半的代價很少走到變更單上。 等級字母的意思寫在 A2 對 A4。 材質選擇在決策順序裡的位置，見 指定一顆螺絲。

參考資料

• ASTM G40 —— 磨耗與沖蝕相關術語（galling 的定義；adhesive wear）
• ASTM G98 —— 材料咬死抗性標準試驗法（門檻咬死應力；範圍與限制）
• ASTM G196 —— 材料偶咬死抗性標準試驗法
• Rogers 等 —— 316L 不鏽鋼中 galling 與氧化的交互作用
• NISTIR 89-4064 —— 含普通碳鋼的磨耗試驗
• 英國不鏽鋼協會 —— 不鏽鋼的咬死與抗咬死；影響磨耗與咬死的因素
• 〈What causes a fastener to lock?〉，Engineering Stack Exchange

本頁說明一個機制，並更正一個關於它的常見說法。 任何特定接合的驗收，由你的圖面、圖面引用的標準、 以及必要時的實際試驗決定。

這一篇屬於第 5 步，表面處理。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件；至於為什麼順序做反了是重工而不是微調，見指定一顆螺絲。

常見問題

鈍化膜是不是不鏽鋼咬死的原因？

不是，而且常見的說法把方向搞反了。針對 316L 的研究發現，預先形成較厚的氧化層會顯著降低 galling 損傷：氧化層降低黏著，必須先被磨除或被機械混合進表面，咬死才會接著發生。那層膜是站在你跟失效之間，不是造成失效。

碳鋼會不會咬死？

會。NIST 的磨耗試驗在普通的 1018 與 1541 碳鋼上做出了相當嚴重的 galling。不管實務上是什麼把不鏽鋼區別開來，「碳鋼免疫」不是那個原因。

那退火不鏽鋼為什麼這麼容易咬死？

因為它又軟又非常有延性。咬死是在裸金屬之間形成的黏著接點於基材內部剪切、而不是在界面上剪切時發展出來的，而一個又軟又有延性的表面會讓那個剪切走得很深、讓塑性流動延續下去。硬化過的麻田散鐵系抗性較好，理由正好相反。英國不鏽鋼協會的資料指向高延性與低加工硬化率是有利於 galling 的條件。

咬死跟冷焊、卡死是同一件事嗎？

不是。冷焊是固態接合，常是起始事件。卡死是功能上的結果，相對運動停止。galling 是中間那個損傷形態：ASTM G40 定義它為宏觀的局部粗糙化並帶有高於原表面的突起，以塑性流動為特徵。嚴重的咬死會導致卡死；還沒導致的仍然是咬死。

可以照一個咬死數字來設計嗎？

不能直接照。ASTM G98 由未潤滑的低速試驗給出門檻咬死應力，而 ASTM 明講它是用來對材料偶做初步排序、不供定量設計使用。ASTM G196 量化損傷、重複性更高。兩者模擬的都是低速間歇未潤滑接觸，螺紋確實在裡面，但都不會給出某一支螺栓的容許應力。