Analiza materiałów śrubowych

Śruby to elementy łączące sklasyfikowane według klasy właściwości mechanicznych na śruby zwykłe iśruby o dużej wytrzymałości. Różne materiały mają bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne i odpowiedni zakres śrub. Poniżej znajduje się analiza powszechnie stosowanych materiałów śrubowych jako pomoc przy wyborze.

1. Typowe materiały na zwykłe śruby

Śruby poniżej klasy wytrzymałości 8.8 to śruby o zwykłej wytrzymałości, zwykle wykonane z walcówki ze stali niskowęglowej lub średniowęglowej metodą walcowania na zimno i walcowania gwintów, bez hartowania i odpuszczania. Biorąc za przykład najczęściej stosowaną klasę 4.8: nominalna wytrzymałość na rozciąganie jest nie mniejsza niż 400 MPa, stosunek granicy plastyczności do rozciągania wynosi 0,8, a nominalna granica plastyczności jest nie mniejsza niż 400 × 0.8=320 MPa.

Typowe gatunki walcówki dla zwykłych śrub obejmują:

1008K

1010

1015K

1032

1035

1040

CH38F

1039

Inne walcówki ze stali węglowej spełniające wymagania użytkowe

Powyższe walcówki ze stali węglowej z natury nie zawierają substancji magnetycznych; dotyczą głównie właściwości niemagnetycznychelementy złączne ze stali nierdzewnej. Po obróbce na zimno austenityczne stale nierdzewne wykazują słaby magnetyzm: 304M po obróbce na zimno ma magnetyzm od około 1,6 μ do 2,0 μ, 304HC od około 1,01 μ do 1,6 μ, a klasa 316 po obróbce na zimno ma magnetyzm poniżej 1,01 μ.

2. Typowe materiały na śruby o dużej wytrzymałości

Śruby o wysokiej wytrzymałości wymagają materiałów o większej wytrzymałości na rozciąganie, aby sprostać większym wymaganiom dotyczącym napięcia wstępnego i nośności. Hartowanie i odpuszczanie cieplne ma znaczący wpływ na wytrzymałość materiału. Po odpuszczeniu 40Cr na ogół nie może stabilnie spełniać wymagań materiałowych śrub konstrukcyjnych o wysokiej wytrzymałości klasy 10.9S; w ograniczonych warunkach kontroli twardość powierzchni po odpuszczaniu może być wykorzystana jako wstępne odniesienie dla klasy wytrzymałości materiału. Pod wpływem dużych naprężeń śruby o dużej wytrzymałości wykonane z różnych materiałów wykazują różną odporność na pękanie opóźnione.

2.1 40Śruby Cr o dużej wytrzymałości

Śruby o wysokiej wytrzymałości 40Cr są stosowane głównie w kratownicach przegubowych z przegubami kulowymi. Ich wytrzymałość obliczeniowa wynosi na ogół 390 MPa (d większa lub równa 30 mm) lub 430 MPa (d < 30 mm), przy stosunkowo niskim naprężeniu wstępnym rozciągającym w normalnych warunkach pracy. W przypadku zastosowania w warunkach wymagających dużego napięcia wstępnego należy dokładnie ocenić i zapewnić odporność materiału na opóźnione pękanie.

2.2 20Śruby MnTiB o dużej wytrzymałości

20MnTiB to niskowęglowa stal stopowa boru. Po hartowaniu i odpuszczaniu zapewnia dobrze zrównoważone, kompleksowe właściwości, a jego odporność na opóźnione pękanie jest lepsza niż w przypadku 40Cr i 40B, dzięki czemu nadaje się do zespołów połączeń konstrukcji stalowych pod wysokim napięciem wstępnym i wysokimi naprężeniami.

2.3 Wybór materiału zalecanego przez normę

Zgodnie z obecną chińską normą krajową dotyczącą dużych rozmiarów o wysokiej wytrzymałościśruba z łbem sześciokątnym, nakrętek i podkładek do konstrukcji stalowych, zalecane materiały dla śrub klasy 10.9S są następujące:

Rozmiar Mniejszy lub równy M24: 20MnTiB;

Rozmiar M27–M30: 35VB.

Śruby o dużej średnicy i dużej wytrzymałości są trudne do całkowitego utwardzenia podczas odpuszczania, dlatego należy unikać zbyt dużych średnic. Jeśli wymagane są śruby o dużej średnicy, należy odpowiednio zmniejszyć naprężenia robocze i sprawdzić hartowność materiału, aby spełniał wymagania dotyczące wytrzymałości przekroju poprzecznego.

3. Podsumowanie

Zarówno w przypadku zwykłych śrub, jak i śrub o dużej wytrzymałości, wybór materiału bezpośrednio wpływa na wytrzymałość, udarność, odporność zmęczeniową, odporność na opóźnione pękanie i odpowiedni zakres usług. Podczas selekcji należy wybrać odpowiednie gatunki materiałów i procesy obróbki cieplnej zgodnie z klasą obciążenia, wymaganiami dotyczącymi napięcia wstępnego, środowiskiem pracy i odpowiednimi normami, aby zapewnić niezawodność połączenia.