Klasy wytrzymałości na rozciąganie śrub i nakrętek ze stali nierdzewnej

Wytrzymałość na rozciąganie stali i stali nierdzewnej jest krytycznym parametrem, jeśli chodzi o nośność i bezpieczeństwo połączeń gwintowanych. Składa się z dwóch kluczowych parametrów dla śrub stalowych, na podstawie których można łatwo określić wytrzymałość na rozciąganie i plastyczność. Ale zaczynając od określonego rozmiaru, śruby ze stali nierdzewnej i nakrętki ze stali nierdzewnej są oznaczone kombinacją literowo-cyfrową (np. A4-80). Kombinacja literowo-cyfrowa umieszczona przed myślnikiem przypisuje śrubę tak oznaczoną do grupy materiałowej i grupy stalowej, a tym samym dostarcza informacji na temat podstawowych właściwości materiału śruby. Liczba 80 po prawej stronie myślnika wskazuje klasę wytrzymałości. W tym artykule pokazano, jak używać klasy wytrzymałości śrub ze stali nierdzewnej do określenia ich granic użycia i przedstawienia przeglądu nośności typowych klas wytrzymałości.

Czym jest wytrzymałość na rozciąganie?

Wytrzymałość na rozciąganie opisuje maksymalną wartość naprężenia mechanicznego, jaką materiał może tolerować, zanim ulegnie uszkodzeniu. Jest to zwykle wyrażone w megapaskalach (MPa) lub w niutonach na milimetr kwadratowy (N/mm²). W przypadku elementów złącznych wytrzymałość na rozciąganie jest szczególnie ważna, ponieważ określa maksymalne obciążenie, które element może wchłonąć bez upadków.

Wzór do obliczania wytrzymałości na rozciąganie

Nie ma uniwersalnej formuły wytrzymałości na rozciąganie do obliczenia wytrzymałości na rozciąganie, ponieważ zależy ona od różnych warunków (materiał, skład stopu i obróbka). Z reguły wytrzymałość na rozciąganie jest określana empirycznie na podstawie badań materiałowych, a następnie podsumowywana w tabelach wytrzymałości na rozciąganie dla śrub i stali nierdzewnej w arkuszach danych materiału lub normach. Jednak możliwe jest obliczenie naprężenia, którego doświadcza materiał, gdy jest poddawany obciążeniu rozciągającemu. Ogólna formuła naprężeń (σ) w materiale pod obciążeniem rozciągającym to:

gdzie:

• σ = naprężenie w paskalach (Pa)
• F = siła rozciągająca działająca na materiał w niutonach (N)
• A = pole przekroju poprzecznego materiału poddanego działaniu siły rozciągającej w metrach kwadratowych (m²).

Aby określić wytrzymałość na rozciąganie np. stali i stali nierdzewnej, można zastosować maksymalną siłę rozciągającą (F) i najmniejsze pole przekroju poprzecznego (A), na którym badano materiał. Wytrzymałość na rozciąganie jest zwykle wyrażana w megapaskalach (MPa).

Przegląd gatunków stali nierdzewnej

Stal nierdzewna to ogólne określenie dla około 120 różnych gatunków stali odpornej na korozję. Poszczególne stopy służą różnym celom i przypadkom użycia. Jednak wszystkie z nich zawierają chrom, a być może również nikiel, który jest odpowiedzialny za odporność na korozję. Elementy reagują z tlenem z powietrza, tworząc cienką, ochronną warstwę tlenku na powierzchni stali. Ta warstwa tlenku nazywa się warstwą pasywną i zapobiega dalszemu kontaktowi tlenu z żelazem, zapobiegając w ten sposób korozji i rdzewieniu. W porównaniu do stali niskostopowych lub stali konstrukcyjnych, wytrzymałość na rozciąganie stali nierdzewnej jest stosunkowo wysoka. Na przykład stal nierdzewna 1.4301 ma wytrzymałość na rozciąganie 500 - 700 N / mm² (porównanie: dla konwencjonalnej stali konstrukcyjnej wytrzymałość na rozciąganie wynosi 300 - 590 N / mm²). Normy DIN 17440 i DIN EN ISO 3506 dotyczą stali nierdzewnych. Główne kategorie stali nierdzewnych są następujące.

Austenityczna stal nierdzewna

Te stale nierdzewne charakteryzują się wysoką zawartością chromu i niklu, zwykle powyżej 16% chromu i powyżej 8% niklu. Są niemagnetyczne i mają doskonałą odporność na korozję i spawalność. Litera A w nazwie stali nierdzewnej, takiej jak V2A, wskazuje, że jest to austenityczna stal nierdzewna.

Ferrytyczne stale nierdzewne

Ferrytyczne stale nierdzewne zawierają dużą ilość chromu, ale niewiele lub nie zawierają niklu. Są magnetyczne i zapewniają dobrą odporność na korozję w środowiskach nieagresywnych. Litera F jest używana w nazwie stali nierdzewnej, aby wskazać, że są to ferrytyczne stale nierdzewne.

Martenzytyczne stale nierdzewne

Martenzytyczne stale nierdzewne charakteryzują się wysoką zawartością węgla i umiarkowaną do wysokiej zawartością chromu. Są magnetyczne, mają doskonałą twardość i odporność na zużycie. Martenzytyczne stale nierdzewne są często używane w nożach i narzędziach. Litera C w nazwie martenzytycznej stali nierdzewnej wskazuje zawartość węgla.

Stal nierdzewna duplex

Stale nierdzewne duplex mają w swoim stopie mieszankę struktury austenitycznej i ferrytycznej. Zapewniają dobrą odporność na korozję i wytrzymałość oraz są szczególnie przydatne w środowiskach o wysokim stężeniu chlorków, takich jak przemysł chemiczny i aplikacje do wody morskiej.

Śruby i nakrętki ze stali nierdzewnej

Śruby i nakrętki ze stali nierdzewnej są znane ze swojej odporności na korozję. Możliwe jest jednak, że stal nierdzewna może również zacząć rdzewieć, np. z powodu obcej rdzy w kontakcie z metalami rdzewiejącymi. Klasa wytrzymałości śrub dostarcza informacji o tym, ile obciążeń mogą one wchłonąć.

Wytrzymałość na rozciąganie śrub ze stali nierdzewnej

Wytrzymałość na rozciąganie śrub ze stali nierdzewnej jest określona jako klasa wytrzymałości. Klasa wytrzymałości jest połączeniem wytrzymałości na rozciąganie i plastyczności wytrzymałości na rozciąganie:

Poniżej granicy plastyczności materiał powraca do pierwotnego stanu po odkształceniu, powyżej granicy plastyczności, którą pozostaje odkształcenie. Jednak 0,2% plastyczności jest często określana zamiast plastyczności, ponieważ siła plastyczności nie zawsze jest wyraźnie identyfikowana przez test rozciągania. Opisuje to naprężenie, przy którym stałe wydłużenie po ustaniu obciążenia wynosi 0,2%. Są tabele dla klas wytrzymałości śrub jako wskazówki. W przeszłości często określano wytrzymałość na rozciąganie śrub w kg w tabelach, ale obecnie wyraża się ją głównie w paskalach (megapaskalach) lub w niutonach (na milimetr kwadratowy).

Klasa wytrzymałości ma bezpośredni wpływ na maksymalny moment obrotowy, jaki można wywierać na śrubę lub nakrętkę. Wybierając odpowiednią śrubę lub nakrętkę ze stali nierdzewnej, należy najpierw określić, jaki moment obrotowy jest wymagany do bezpiecznego montażu i czy klasa wytrzymałości pozwala na ten moment obrotowy.

Oprócz klasy wytrzymałości - 80 w tym przykładzie - oznaczenie A4 określa grupę materiału i typ stali śruby lub nakrętki ze stali nierdzewnej. Odnosi się do składu chemicznego stali nierdzewnej i związanych z tym właściwości odporności na korozję i odporność na kwasy. Na przykład A2 oznacza austenityczną stal nierdzewną z pewnymi składnikami chromu i niklu. Stal nierdzewna z etykietą A4 jest również odporna na działanie kwasu lub wody morskiej.

MISUMI oferuje szeroki asortyment śrub ze stali nierdzewnej o szerokim zakresie klas wytrzymałości.

Wytrzymałość na rozciąganie nakrętek ze stali nierdzewnej

Klasyfikacja nakrętek jest nieco mniej specyficzna niż w przypadku śrub, ponieważ są one często używane w połączeniu ze śrubami i dlatego powinny być przede wszystkim dopasowane do śruby. Ogólnie rzecz biorąc, nakrętki ze stali nierdzewnej są często zaprojektowane tak, aby pasowały do tej samej lub wyższej klasy wytrzymałości na rozciąganie co powiązana śruba.

Właściwości mechaniczne nakrętek ze stali nierdzewnej, a także nakrętek ze stali, są wyrażone przez klasy wytrzymałości i gwarantowane naprężenia obciążenia, które odpowiadają klasyfikacji wytrzymałości sparowanej śruby.

Ponieważ nakrętki ze stali nierdzewnej są używane z pasującymi śrubami ze stali nierdzewnej, grubość materiału nakrętki ze stali nierdzewnej jest zwykle określana przez grubość materiału śruby wykonanej z tego samego materiału. Ze względu na tę zgodność często zakłada się, że nie będzie awarii ścinania na gwintach, gdy używana jest kombinacja śrub i nakrętek ze stali nierdzewnej. Należy jednak pamiętać, że nakrętki niskoprofilowe z tylko kilkoma gwintami blokującymi powinny być używane z zachowaniem ostrożności, aby uniknąć awarii ścinania na gwintach.

Tabela wytrzymałości na rozciąganie stali nierdzewnej

W poniższej tabeli przedstawiono przegląd wytrzymałości na rozciąganie różnych gatunków stali nierdzewnej. Podane wartości reprezentują ogólne wytyczne i mogą się nieznacznie różnić w zależności od procesu produkcyjnego, obróbki cieplnej i określonego stopu. Zaleca się zapoznanie się z arkuszami danych materiałów i specyfikacjami technicznymi w celu uzyskania szczegółowych informacji na temat wymagań.

• Liczba w klasie wytrzymałości odpowiada 1/10 wartości nominalnej minimalnej wytrzymałości na rozciąganie.
• Przykład: Klasa wytrzymałości A2-50 dla materiałów austenitycznych odnosi się do materiału o wytrzymałości na rozciąganie 500 N / mm², plastyczności 210 N / mm² i wydłużeniu przy zerwaniu 0,6 d.
• Stale nierdzewne są klasyfikowane na typy (austenityczne, martenzytyczne i ferrytyczne), a klasy wytrzymałości dla stali martenzytycznych są określane na podstawie różnic w obróbce cieplnej.

Link do dalszych artykułów na blogu na temat śrub

Jeśli chcesz zagłębić się w temat śrub, możesz znaleźć więcej informacji w następujących artykułach na blogu:

• Obliczanie wytrzymałości na ścinanie i rozciąganie dla śrub