Высокопрочный крепеж

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ КРЕПЁЖ

Функциональные характеристики и долговечность болтовых соединений в основном определяются следующими факторами:

- механическими свойствами (предел прочности, предел текучести…)

- условия эксплуатации (статические/динамические...)

- напряжения (температура, коррозия)

- габаритные размеры (диаметр, длина)

- При необходимости, защита от ослабления или отвинчивания

- Монтаж (процедура затяжки, усилия предварительного натяжения/зажима, момент затяжки...)

Задачей структурного проектирования является определение подходящих крепежных элементов со стандартизированными обозначениями. Винтовые соединения должны быть рассчитаны и выполнены таким образом, чтобы из-за достаточного постоянного усилия зажима при рабочих нагрузках не возникало поперечных сил сдвига (FQ) по отношению к оси винта. При этом также следует учитывать потери усилия зажима в результате установленных величин. Если поперечные силы больше, чем сила зажима, это приведет к ослаблению – и, в конечном итоге, к разрушению – соединения.

Необходимое в каждом конкретном случае зажимное действие во время монтажа достигается путем приложения предварительного натяжения FV (= до рабочего напряжения), соответствующего диаметру и пределу текучести крепежа, путем затягивания резьбовых частей.

На степень точности достижения требуемого усилия предварительного натяжения влияют:

- тип резьбового соединения (жесткое или мягкое/короткое или длинное)

- метод затяжки и его вариации

- состояние поверхности и возникающие условия трения

- специальные компоненты болтового соединения (например, уплотнения, пружинные элементы...)

Состав сталей

* Допустимая сталь со следующим максимальным содержанием фосфора, серы и свинца: сера 0,34%, фосфор 0,11%, свинец 0,35%

** Для номинальных диаметров свыше 20 мм может потребоваться использование материала, предназначенного для классов прочности 10.9, для обеспечения достаточной прокаливаемости.

*** Для углеродистых сталей с добавлением бора и содержанием углерода менее 0,25% должно быть обеспечено содержание марганца не менее 0,6% для класса прочности 8.8 и 0,7% для класса прочности 9.8 и 10.9.

**** Для изделий, изготовленных из этих сталей, обозначение класса прочности должно быть подчеркнуто.

***** Легированная сталь должна содержать по крайней мере один из легирующих элементов - хром, никель, молибден или ванадий.

****** Материал для этих классов прочности должен быть достаточно закаленным для того, чтобы в области сердцевины резьбовой детали содержание мартенсита после закалки перед отпуском составляло приблизительно 90%.

******* Класс прочности 12.9 не допускает металлографически определяемого белого слоя, обогащенного фосфором, на поверхностях, подверженных растягивающим нагрузкам.

Прочность на разрыв винтов или крепежных изделий является компонентом характеристики прочности винта. Например, характеристика прочности 8,8 означает, что винт может быть нагружен при растяжении с усилием 800 Н. в то время как винт с показателем 10.9 может быть нагружен при растяжении 1000 Н.

Система обозначения классов прочности, маркировка

*  N – минимальное разрывное усилие

Согласно стандарту, болты с диаметром резьбы М 5 и более должны иметь маркировку происхождения и маркировку класса прочности следующим образом - 8.8 = прочность / XYZ = производитель

	Болты с шестигранной головкой всех классов прочности по возможности на головке, сверху (1) или сбоку (2)
	Винты с внутренним шестигранником и шестигранной головкой под ключ а также винты с круглой головкой DIN 603 с классом прочности 8,8, на головке (3, 4) (5)
	Шпильки класса прочности 8.8 и выше на хвостовике (6) или на верхней части конецевика (7) ввернут. В случае нехватки места допустимы символы: 5,6 = –, 8,8 = ●, для 10,9 = ■ и для 12,9 = ▲

РЕЗЬБА

Общие сведения, измерение резьбы

Под резьбой понимают «наклонную плоскость, равномерно намотанную вокруг цилиндра». Этот принцип позволяет как завинчивание/ввинчивание, так и отвинчивание - и таким образом формирует основной принцип для «повторно разъемных» соединений, так называемых «гаек и болтов». Благодаря геометрически выводимой форме и последовательной системе размеров и допусков, есть возможно взаимозаменять резьбы одного типа друг с другом. Например, вместо винта с шестигранной головкой М8 можно использовать винт с внутренним шестигранником М8 без дополнительных модификаций.

Профиль резьбы и точки измерения резьбы

Основной профиль и 5 точек измерения резьбы показаны на следующем рисунке. Контроль размеров осуществляется на внешней резьбе (винте) с помощью кольцевых калибров, микрометров с фланцем или оптического измерительного прибора, а для внутренней резьбы (гайка) - с помощью калибров-пробок.

Метрическая резьба ISO - это стандартизированная во всем мире резьба с метрическими размерами и углом фланца 60°. Она заменяет более старые метрические резьбы, но прежде всего большинство резьб с дюймовыми размерами (из немногих дюймовых резьб, которые все еще используются, наиболее известна резьба Whitworth с углом фланца 55°).

Метрическая резьба ISO -  является наиболее широко используемой резьбой в России и в Европе.

Кроме того, определены одна или две более плоские тонкие резьбы ISO, которые используются в тех случаях, когда обычная остроконечная резьба не обеспечивает достаточного количества витков для надежной фиксации.

Помимо обычной и мелкой резьбы, в стандарте ISO есть еще один раздел, определяющий сверхтонкую резьбу с чрезвычайно малым шагом резьбы и соответственно очень маленькой боковой поверхностью резьбы. Сверхтонкая резьба чаще всего используется в автомобильной промышленности.

Мелкая и сверхмелкая резьба имеет больший диаметр сердцевины, чем стандартная резьба, что означает, что они имеют большее поперечное сечение и, следовательно, большую несущую способность, чем стандартная резьба того же номинального диаметра.

Благодаря мелкому шагу резьбы возможно использовать тонкие и сверхтонкие гайки для специфических соединений. Правило для внутренней резьбы гласит, что она должна быть в 2,5-3,5 раза глубже, чтобы передавать усилия резьбового соединения без повреждений. Поэтому мелкая резьба подходит для резьбовых соединений, которые должны ввинчиваться непосредственно в листовой металл.  Также мелкая резьба обладают высокой самоблокирующейся способностью, что делает её более устойчивой к ослаблению из-за вибрации.

Чтобы определить и отличить нормальную, мелкую, сверхмелкую резьбу от других видов резьбы, в спецификациях размеров резьбы для винтов, гаек и болтов иногда также указывается шаг резьбы, разделенный буквой "x"

Металлические покрытия

Металлические покрытия - это покрытия из цинка или цинковых сплавов, нанесенные гальваническим методом. В случае гальванического нанесения покрытия существует риск водородного охрупчивания из-за поглощения водорода во время предварительной обработки (например, травления) и процесса гальванизации. Для противодействия этой опасности такие изделия следует подвергать дополнительной термической обработке. Хрупкое разрушение, вызванное водородом, - это спонтанное, всегда отсроченное во времени и не имеющее деформации разрушение.

Существует два типа разрушения:

- хрупкое разрушение, связанное с производством.  Происходит из-за гальванической обработки поверхности или предварительной обработки.

- хрупкое разрушение, связанное с использованием. Происходит из-за коррозии, т.е. водород образуется из хлоридов прошлого   коррозионного воздействия.

Как можно уменьшить водородное охрупчивание в высокопрочных и закаленных винтах?

- Избегать или сокращать доступ к источникам водорода (например, избегать водяных паров).

- Использовать винты из нержавеющей стали (например, А2).

- Избегать концентрацию напряжений

- Не окислять

- Бережная последующая обработка

- Последующая термическая обработка (отжиг)

- Избегать гальванической последующей обработки высокопрочных или закаленных деталей

Неорганические покрытия

Эти типы покрытий состоят из смеси цинковых и алюминиевых хлопьев наносимые неэлектролитическим способом, которые запекаются при высокой температуре. Благодаря высокой коррозионной стойкости эти процессы приобретают все более возрастающее значение. Неорганические покрытия позволяют избежать водородного охрупчивания, поскольку не проводится процесс травления.

Органические покрытия

Эта форма покрытия позволяет наносить только частичное покрытие с почти бесконечным выбором цветов. Основой для этого являются натуральные продукты. Некоторые из этих покрытий обладают высокой постоянной термостойкостью и не являются электропроводящими. Отсутствует опасность водородного охрупчивания. Если покрытие удаляется, то катодной защиты от коррозии больше нет. Коррозионная стойкость в исходном состоянии относительно высока.

Коррозия

Коррозия - это реакция металла с окружающей средой, которая вызывает измеримые и видимые изменения в материале и может привести к нарушению функционирования металлического компонента. В большинстве случаев эта реакция носит электрохимический характер, но в некоторых случаях она также может иметь химический или физико-металлический характер.

Коррозия неизбежна - однако, ущерба, вызванного коррозией, можно избежать, если принять соответствующие меры по защите от коррозии. Система винтового соединения от должна быть как минимум такой же прочной, долговечной и устойчивой к коррозии в эксплуатационных условиях, как соединяемые детали в течение длительного времени.

Определение необходимых мер по защите от коррозии является задачей конструкторского проектирования. При этом необходимо учитывать запас износа антикоррозионной защиты при известных условиях эксплуатации до момента технического обслуживания или повреждения. Необходимо учитывать время технического обслуживания или предел повреждения.