Крепеж из цветных металлов

Обновлено: 20.09.2024

Согласно ГОСТам к латуни относятся медно-цинковые сплавы с содержанием Zn от 5 до 45%. Крепёжные изделия из нержавеющих сталей массово производят из сплавов марок А2 и А4 по ГОСТ ISO 3506-2014. Крепёж как из коррозионно-стойких сталей, так и из латуни обладает своими индивидуальными свойствами и незаменим в применении при специальных условиях эксплуатации, для которых он предназначен.

Рассмотрим отдельно и сравним крепёжные изделия из латуни и «нержавейки»: их коррозионную стойкость, механические свойства и рекомендуемое назначение в рамках действующих стандартов и авторитетных справочников.

Марки латуней заданы в различных стандартах. Химическому составу медно-цинковых сплавов посвящены следующие ГОСТы: ГОСТ 17711-80, ГОСТ Р 50425-92, ГОСТ 17711-93, ГОСТ 15527-2004. Инженерам BEST-Крепёж не известны какие-либо нормативные документы, регламентирующие использование латунного крепежа в тех или иных средах и условиях эксплуатации. И всё же, не секрет, что фитинги и запорная арматура из латуни повсеместно применяется в промышленных, сантехнических и пищевых магистралях.

В справочнике «Металлы и сплавы» под ред. засл.деят.науки РФ, проф., д-ра техн. Наук Ю.П. Солнцева в главе «ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» дана следующая информация по меди и сплавам на ее основе:

«Медь, и особенно ее сплавы, широко применяют в различных отраслях пищевой промышленности.

Сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в различных средах пищевых производств и после серебра имеют наивысшие теплопроводность и электрическую проводимость.

Медь марок М1, М3 (ГОСТ 859-78) используют в качестве конструкционного материала для изготовления теплообменной аппаратуры (выпарных аппаратов, теплообменников, конденсаторов, испарителей, змеевиков и т.п.)

В большинстве органических и минеральных кислот, (уксусной, молочной, лимонной, щавелевой, растворах серной и соляной) медные сплавы устойчивы.

В щелочах, спиртах и растворах различных солей медные сплавы также не подвергаются коррозии.

При конструировании деталей и узлов технологического оборудования применяют латуни Л63, ЛО70-1, ЛО62-1 и др.

Из латуни конструируют детали теплообменной аппаратуры.

При использовании латуни для изготовления труб в аппаратах сахарной промышленности необходим их обжиг при температуре 560°С для повышения стойкости.

Латунь ЛО62-1 предназначена для изготовления деталей, работающих при повышенных нагрузках и воздействии агрессивных сред, например для ситовых поверхностей винодельческих прессов, а латунь ЛО70-1 – для трубок конденсаторов.»

Как правило, латунь сама по себе мягче любых видов сталей. Её прочность значительно ниже, чем у аустенитных коррозионно-стойких сплавов. Механические свойства болтов, винтов и шпилек из цветных металлов задают ГОСТ 1759.0-87 и ГОСТ EN 28839–2015. Второй стандарт в отличии от первого допускает большие значения предела прочности и регламентирует предел текучести. И даже по ГОСТ EN 28839–2015 прочность латунного крепежа существенно ниже аналогов из коррозионно-стойких сталей:

Максимально допустимые моменты затяжки (M) и усилия затяжки (P_max) для болтов, винтов и шпилек из латуни можно найти в отраслевом авиационном стандарте ОСТ 1 00017-89:

Этот отраслевой стандарт задаёт момент затяжки лишь на латунные болты, винты и шпильки из марки сплава ЛС59-1. Однако, механические свойства латуней, из которых массово производят крепёжные изделия, имеют схожие по значениям механические свойства. Как видно из Табл.6 ОСТ 1 00017-89, момент затяжки латунных болтокомплектов несоизмерим с тем большим усилием, которое мы привыкли прикладывать при затягивании «обычного» стального крепежа.

Поэтому, во избежание поломки латунного крепежа при монтаже особенно важно соблюдать крутящий момент посредством динамометрических ключей.

Крепёж из нержавеющих сталей повсеместно изготавливают из коррозионно-стойких аустенитных сплавов А2 и А4 по ГОСТ ISO 3506–2014:

Метизы из цветных металлов для атомной промышленности

Метизы из цветных металлов и сплавов: отличия от крепежа из черных металлов

Стальной крепеж имеет широкую линейку и еще более широкое применение. Но есть отрасли, где единственным возможным вариантом сырья для изготовления метизов являются цветные металлы, которые на рынке крепежа лидируют не только по стоимости, но и по характеристикам.

Наличие особых качеств позволяет использовать крепеж из цветных сплавов в атомной промышленности, предъявляющей высокие требования к качеству, безопасности, документальному контролю и сертификации крепежа.

Метизы из черного и цветного металла выполняют одинаковые функции, однако различаются вариативностью свойств. Элементы из цветных, или «нежелезных», металлов, имеют следующие особенности:

высокая тепло- и электропроводность;

способность взаимодействовать с газами (со всеми, кроме инертных), нейтрализовать их;

отсутствие магнитного напряжения;

Крепежи из цветных сплавов удовлетворяют особым условиям атомной энергетики, поскольку, в отличие от аналогов черных металлов, способны дольше сохранять целостность и свойства при разрушающих воздействиях.

Виды метизов из цветных металлов

В ядерной энергетике используются основные виды крепежей:

шпильки (studs) из цветных сплавов – крепежные элементы метрического типа в виде стержня, по всей длине или на концы которого нанесена резьба. С торцов снята фаска. Шпильки используются в комплекте с шайбой и гайкой;

болты (bolts) – как и шпильки, имеют вид стержня с наружной резьбой, но на одном из концов предусмотрена четырех- или шестигранная головка, через которую передается крутящий момент;

гайки (nuts) из цветных металлов представляют собой, как правило, шестигранную (или квадратную, круглую) металлическую плашку со сквозным отверстием, на внутренней поверхности которой нарезана метрическая резьба, соответствующая встречной резьбе болта, шпильки или винта;

шайбы (washers) – элементы в виде плоского диска с центральным отверстием, предназначенные для увеличения опорной поверхности. Шайбы из цветных металлов и сплавов используются в тандеме с соответствующими гайками, предотвращая их самопроизвольное раскручивание и повреждение рабочей поверхности гранями при затяжке;

вставки (inserts) из цветных металлов – это полые цилиндрические втулки с метрической внутренней и самонарезающей наружной резьбой. Последняя предназначена для создания глухой резьбы в массивных элементах из мягких материалов;

винты (screws) из цветных металлов – крепеж в виде цилиндра, на одном конце которого имеется резьба, на другом головка, передающая крутящий момент. От болта винт отличается тем, что, как правило, вкручивается в толщу материала, не проходя насквозь.

Закручивание, затягивание и раскручивание элементов крепежа из цветных сплавов и металлов осуществляется вручную или посредством электроинструмента.

Материалы изготовления метизов для атомной промышленности: свойства, состав

Одним из цветных сплавов, востребованных в отрасли ядерной энергетики, является дисперсионно-твердеющий никель-хромовый сплав Alloy 718, разработанный специально для эксплуатации в условиях высоких температур. Альтернативные названия материала – Inconel 718 / UNS N07718 / Nicrofer 5219 Nb.

Благодаря уникальным свойствам диапазон применения сплава расширился с создания обшивки для сверхзвуковых самолетов до турбин, авиационных двигателей, космических аппаратов и, наконец ядерных реакторов. Сегодня Alloy 718 незаменим при строительстве атомных электростанций. Его уникальность состоит в сочетании легкости, пластичности и высокой прочности. Сплав хорошо сваривается всеми способами и не подвержен разрыву в зоне сварных швов при эксплуатации в условиях до 700 °C включительно.

Химический состав в % стали 718

50,0-55,0

17,0-21,0

4,75-5,50

2,80-3,3

0,65-1,15

0,20-0,80

0,006

Остальное

За счет увеличенной доли содержания хрома и молибдена метизы из 718 стали устойчивы к локальной коррозии и коррозионному растрескиванию, в том числе при сочетании воздействия повышенных температур и агрессивных веществ: хлоридов, сероводорода в различной концентрации (минимальный предел текучести при этом должен составлять 1034 МПа).

Наряду со сплавом 718 для производства крепежа, используемого в атомной промышленности, применяется сталь Alloy 660 / Grade 660 / 1.4980. Это жаропрочная нержавеющая сталь аустенитного класса с дисперсионным твердением, высоким сопротивлением ползучести и окислению, низкой магнитной проницаемостью. Карбиды, которые выделяются при соединении входящих в состав никеля, титана и алюминия с углеродом, обеспечивают прочность и стойкость изделий к износу при эксплуатации в условиях высоких (650 - 700 °C) и чрезвычайно низких (800 - 900 °C) температур.

Высокопрочные метизы из стали 660, наряду с ядерной энергетикой, применяются в авиастроении, космической отрасли, производстве криогенной техники.

Химический состав в % стали 660

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Al	Ti	V	B
0,03-0,08	1,0	1,0-2,0	0,025	0,015	13,5-16,0	24,0-27,0	1,0-1,5	0,35	1,90-2,30	0,10-0,50	0,003-0,01

Следует отметить, что из-за высокого процента содержания в составе стали 660 никеля она часто классифицируется как никелевый сплав.

Технология производства метизов из цветных металлов и контроль качества

Крепежные изделия из никелевого и никель-хромового сплавов изготавливаются методом горячей штамповки. На поверхность остывших заготовок накатывается резьба. После повторной термообработки и остывания с целью выявления недопустимых поверхностных и внутренних дефектов метизы подвергаются обязательным испытаниям методами неразрушающего контроля:

определение ударной вязкости, твердости, механических свойств при растяжении.

Характеристики крепежа из цветных металлов

Метизы для атомной промышленности соответствуют высоким требованиям отрасли и обладают следующими свойствами и преимуществами:

особая прочность и стойкость к износу;

устойчивость к высоким температурам;

гибкость и пластичность;

широкий диапазон рабочих температур (верхний максимум при эксплуатации составляет почти 1000 °C).

Применение метизов из цветных сплавов

В атомной промышленности nuclear fasteners Alloy 718 и Alloy 660 используются для монтажа оборудования (реакторов, парогенераторов, сосудов и емкостей, теплообменников, корпусов насосов) и трубопроводов на:

атомных электро- и теплоэлкетростанциях, станциях теплоснабжения с графито-водными реакторами или реакторами на быстрых нейтронах;

установках с реакторами для исследований и опытов, эксплуатируемых под давлением при температуре от 0 до 350 °C.

Метизы из никелевого и никель-хромового сплавов востребованы при создании двигателей, работающих в условиях повышенных температур, газовых турбин, космических аппаратов, жаропрочных инструментов. Из новых областей применения – бурильное оборудование, эксплуатируемое под большим напряжением при добыче газа, в том числе кислого, и нефти в прибрежных областях.

Подбор крепежных изделий из цветных металлов

При выборе метизов для монтажа особо ответственного оборудования необходимо учитывать несколько параметров: диаметр, длину, высоту, форму головки элементов, длину и шаг резьбы, класс прочности.

Европейская металлургическая компания предлагает купить метизы из цветных металлов 718 и 660 для атомной промышленности. Мы выполняем комплексные поставки всех видов металлопродукции в страны таможенного союза и СНГ. Заказать изделия можно по телефону или через сайт.

Из какого металла делают крепеж?

Крепеж применяется везде, где нужно соединить два и более элемента конструкции. Благодаря своим универсальным свойствам, а также большому разнообразию видов, крепежные элементы применяются буквально во всех сферах жизни и производства – в строительстве, машиностроении, производстве мебели, электроники и т.д.

Большая часть крепежа изготавливается из обычной углеродистой стали, обладающей такими свойствами, как прочность и надежность. В зависимости от способа применения металл может покрываться либо слоем цинка, либо специальным полимерным составом, что делает крепеж устойчивым к воздействию влаги.

Несмотря на универсальные качества стального крепежа, есть случаи, когда его применения невозможно. Например, сталь может иметь слишком большой вес или недостаточную токопроводимость – ситуации могут быть разными, в зависимости от условий производства.

Если нельзя применять крепеж из стали, используются другие металлы и сплавы – алюминий, медь, титан, никель, латунь и др. Необходимые качества металла обуславливается конкретными условиями применения – это могут быть:

Повышенная прочность.
Небольшой удельный вес.
Способность выдерживать высокие температуры.
Защищенность от воздействия кислот.
Подходящие магнитные свойства.
Необходимая токопроводимость и др.

От правильного выбора металла, из которого выполнен крепеж, в немалой степени зависит надежность всей конструкции в целом. Наибольшее значение это имеет в отраслях с повышенной опасностью – например в атомной промышленности, энергетике и др. Именно поэтому специалисты с большой ответственностью относятся к тому, из чего изготовлен тот или иной крепежный элемент.

В большинстве случаев крепеж из цветных металлов конструкционно не отличается от обычных стальных метизов. Конечно, для нестандартных конструкций может изготавливаться уникальный крепеж из цветных сплавов, однако, как правило, ассортимент метизов ограничивается такими изделиями, как:

Вставки. Представляют собой втулки с внутренней резьбой. Применяются для создания глухих резьбовых соединений.

Как видите, конструкционно крепеж из цветных материалов не отличается от обычных метизов. Основное отличие заключается в характеристиках прочности, теплопроводимости и электропередающей способности, определяемых характеристиками металла. Далее рассмотрим особенности металлов более подробно.

Крепеж из алюминия

Одно из главных преимуществ крепежа из алюминия – небольшой вес, что позволяет использовать его для уменьшения удельного веса конструкций различного назначения. Благодаря данной особенности алюминиевые метизы используются для создания самолетов, космических спутников, а также облегченных автомобильных двигателей.

Еще одним важным фактором, определяющим применение алюминиевого крепежа, является его высокая токопроводимость. Поэтому метизы из алюминия, помимо прочего, используют при проводке линий электропередач, а также при производстве компонентов электрооборудования.

Алюминий подразделяется на кованый и литой. Для изготовления метизов используется кованый алюминий, который, в свою очередь, маркируется определенным образом. Цифровое обозначение говорит о свойствах сплава – чем больше в сплаве алюминия, тем меньше цифровое значение (1 – чистый алюминий без примесей).

Буквенные значения обозначают следующее:

Н – повышенная прочность при деформационной нагрузке.
О – материал подвергался обжигу.
Т – термическая обработка.
F – алюминий не проходил фабричную обработку.
W – закаленным металл.

Степень термической обработки обозначается маркерами Т4 или Т6. Например, Т6 обозначает, что металл после нагревания был помещен в специальную печь, где медленно остывал при контролируемой температуре. Выбирая крепеж из алюминия, нужно учитывать все параметры металла, иначе изделия не будут соответствовать возлагаемым на них задачам.

Медный крепеж

Медь имеет еще большую токопроводимость, чем алюминий, и поэтому крепеж из меди также применяют при подключении электролиний и производстве оборудования, работающего от электричества. Минус меди в высокой стоимости, из-за чего ее применяют реже, чем более дешевый алюминий.

Еще один недостаток меди в том, что под воздействием влаги, она быстро окисляется, покрываясь плотным налетом. Чтобы медь не окислялась, в ее состав добавляют другие металлы – никель, цинк и др. Полученные при добавлении других металлов сплавы не окисляются, благодаря чему могут быть использованы при производстве конструкций, эксплуатация которых подразумевает постоянный контакт с водой.

Титановый крепеж

Титан – прочный и легкий металл, используемый для изготовления крепежных изделий повышенной надежности. Плюс к тому титан не боится влаги, а также не окисляется при контакте с агрессивными химическими веществами. Данные особенности позволяют использовать титановый крепеж при изготовлении конструкций, эксплуатируемых в крайне тяжелых условиях – самолетов, спутников, военной техники и др.

Однако титан – один из самых дорогих металлов, что существенно ограничивает возможности его применения. Поэтому титановый крепеж используют только в тех случаях, когда нет других альтернатив.

Заключение

Крепеж из цветных металлов – необходимый элемент многих конструкций. Изделия данного типа обладают особыми характеристиками, которых нет у стальных метизов, что во многом и обуславливает возможности применения крепежа из алюминия, меди или титана.

Выбирая крепеж, необходимо удостовериться, что он был произведен без нарушения технологии. Если сплав, из которого выполнен крепеж, будет иметь дефекты, изделие может не выдержать нагрузки, и сломаться. Помните об этом, и вы сможете приобрести крепеж надлежащего качества.

Крепеж латунный

Латунный крепеж изготавливается из самого популярного медного сплава, который называется латунь. Процесс получения этого материала был запатентован Англией еще в конце 18 века. Однако, древние народы использовали материал, схожий по составу с латунью, гораздо раньше. Об этом свидетельствует химический состав многочисленных предметов с затонувших кораблей разных эпох. Существует научная гипотеза, согласно которой первым аналогом латуни по свойствам и внешнему виду являлся Орихалк. Как и латунь, Орихалк очень напоминал по внешнему виду золото, поэтому еще до нашей эры Древний Рим чеканил из него свои монеты.

Латунь - медный сплав, основными компонентами которого являются медь и цинк. Узнаваемый золотистый окрас латуни появляется именно после добавления цинка. Латунь обладает почти теми же параметрами коррозионной стойкости, но уступает меди по электро- и теплопроводности. Однако, латунь, из-за содержания в ней цинка, гораздо прочнее и пластичнее меди. Оба материала являются диамагнетиками, т.е. не магнитятся от бытовых магнитов.

Кроме цинка в составе латуни могут содержатся и другие химические элементы, но в малом процентном соотношении. Такая латунь называется многокомпонентной. Олово, алюминий, никель, мышьяк и некоторые другие химические элементы могут усилить коррозионную стойкость латуни в разных агрессивных средах. Добавления свинца (около 3%) повышает обрабатываемость латуни резанием и придает ей хорошие антифрикционные свойства. Латунный крепеж со свинцом отлично подходит для дальнейшей доработки изделия под определенные нужды, например, дорезать резьбу на болтах или просверлить отверстие в гайке.

Латунный крепеж изготавливается из двух типов латуни: литейная латунь и латунь, обрабатываемая давлением. Большинство латунного крепежа изготовлено именно из латуни второго типа. Заготовка из латуни, обрабатываемой давлением, проходит сначала процесс деформации на станках, после чего необходимо произвести специальную операцию, отжиг при температуре 250 - 300°C, чтобы устранить остаточные напряжения. Эта операция помогает избежать растрескивания материала под нагрузкой. Такой отжиг называется низкотемпературным и не изменяет прочность и пластичность.

Марки латуни, предназначенные для изготовления именно крепежных изделий, содержат 37-39% цинка. Крепеж европейских стандартов DIN и ISO изготавливают из популярных марок латуни MS 63 CuZn37 (аналог в РФ: латунь Л63) и MS 58 CuZn39Pb3 (аналог в РФ: латунь ЛС59-3, разновидность «сыпучки»). Исключение составляют латунные фитинги для соединения труб, они изготавливаются из других марок латуни.

Температура плавления латунного крепежа составляет от 800 до 950°C, что заметно выше этого же параметра у алюминия и пластмассы. Высокая пластичность латунного крепежа позволяет изделиям деформироваться под нагрузкой без разрушения материала. Прочность латунного крепежа заметно ниже стального, но последний является магнитным материалом и заметно уступает по показателям коррозионной стойкости.

Устойчивость латунного крепежа к коррозии обусловлена тем, что в составе латунных сплавов практически отсутствует железо. По этой причине в обычных атмосферных условиях латунный крепеж не подвержен коррозии. Морской воздух и зоны повышенной влажности также не оказывают пагубного влияния на латунный крепеж, изготовленный при использовании отжига. Однако, под действием влаги поверхность латуни может окислятся, а под воздействием агрессивных сред возможно повреждение структуры металла.

Коррозия латунного крепежа возможна и происходит чаще всего в двух случаях:

Обесцинкование - вид коррозии латунного крепежа, происходящий по причине воздействия на крепеж агрессивных сред (аммиак, сернистый газ и другие коррозионно-активные вещества). В результате обесцинкования поверхность латунного крепежа теряет молекулы цинка, поверхность сплава краснеет и становится пористой. Результатом это вида коррозии является ухудшение пластичности и прочности латунного крепежа. Коррозионное растрескивание - вид коррозии, происходящий у латунного крепежа, изготовленного без операции термического отжига (250 - 300°C). Отжиг устраняет остаточные напряжения в латунном крепеже, которые являются причиной возникновения коррозионного растрескивания. Чаще всего растрескивание у крепежа происходит при растягивающей нагрузке в условиях агрессивной среды (сернистый газ, аммиак и др.) или при контакте с металлами, которые растворяют цинк (плавкие припои, ртуть). Ускорять появление коррозионного растрескивания может также и повышенная влажность или температура, что происходит, к примеру, при изменении климатических условий. Такой тип растрескивания называется сезонное растрескивание и также снижает характеристики латунных изделий.

Применение латунного крепежа обусловлено его особенностями:

Читайте также: