Из каких сталей не допускается изготовление крепежных деталей
Обновлено: 24.04.2024
Выполнение работ, связанных со строительством и ремонтом, в обязательном порядке предполагает использование крепежных элементов. Ими скрепляют как небольшие компоненты конструкций, так и крупногабаритные блоки. При этом, для реализации надежного соединения необходимо принимать во внимание, в первую очередь, материал, из которого произведены соединительные детали. Именно характеристики примененного сырья определяют прочность вновь возведенного/отремонтированного объекта. Но сделать корректный выбор крепежа по этому признаку совсем непросто. Причина кроется в широком разнообразии используемых в металлургической отрасли материалов. Рассмотрим особенности наиболее востребованных их видов.
Сталь углеродистая
Ограничения , накладываемые на химический состав (результаты анализа проведенной плавки ,%)
Сталь и термообработка
Т-ра процесса отпуска, °С, не меньше
Сталь углеродистая закаленная, прошедшая процедуру отпуска. Может содержать добавки элементов Мо, Сr, Мn
Сталь легированная закаленная, прошедшая процедуру отпуска
Сталь углеродистая закаленная, прошедшая процедуру отпуска
Сталь углеродистая закаленная, прошедшая процедуру отпуска. Может содержать добавки элементов Сr, Мn
Сталь углеродистая либо сталь углеродистая с некоторыми добавками
В таблице приняты такие обозначения:
– при возникновении разногласий допускается проведение анализа готовой продукции;
– содержание элемента В может составлять 0,005% при выполнении условия, что контроль его неэффективной части осуществляется внесением добавок титана (Ті) и/или алюминия (Аl);
– для крепежа с прочностными характеристиками, соответствующими нормам классов 5.6 и 4.6, произведенного технологией объемной холодной штамповки, для обеспечения пластичности требуемого уровня может выполняться операция термообработки исходного сырья – проволоки;
– допускается применение автоматной стали, содержащей элементы Рb, Р и S не больше 0,35; 0,11;0,34 процентов соответственно;
– в стали углеродистой с содержанием элемента С меньше 0,25% и имеющей добавки элемента В, элемента Мn должно содержаться не меньше: 0,7% – для изделий с прочностными характеристиками классов 10.9 и 9.8; 0,6% – для класса 8.8;
– материал должен обладать степенью прокаливаемости, достаточной для формирования непосредственно после процедуры закалки с последующим отпуском структуры сердцевины резьбовых фрагментов крепежных деталей, состоящей из мартенсита примерно на 90%;
– в состав такой стали должен входить хотя бы один из ниже представленных легирующих элементов и с указанным минимальным содержанием: V – 0,1%; Мо – 0,2%; Nі – 0,3%; Сr – 0,3%;
– на поверхности крепежных деталей с прочностью, соответствующей условиям класса 12.9 не должен находиться белый слой, обогащенный элементом Р, наличие которого можно обнаружить металлографическим методом. Для его выявления нужно применять подходящий испытательный способ;
– ограничения при установке и эксплуатации изделия с прочностью класса 12.9. Подлежат учету возможности производителя, условия использования и методы закручивания. Изделия как с покрытием, так и без него, могут привести в негодность воздействия негативных факторов окружающей среды.
Сталь нержавеющая
Стали нержавеющие являются наиболее качественным материалом для производства метизов.
По составу и физико-химическим свойствам эти металлы подразделяются на несколько групп. Кратко рассмотрим их.
Стали нержавеющие аустенитные
Антикоррозионные свойства аустенитных сталей продуцируют входящие в их состав элементы Сr (15%-20%) и Nі (5%-15%). Металл такого типа хорошо сваривается, отлично переносит горячую обработку и, кроме того может подвергаться обработке давлением, пребывая в холодном состоянии. Аустенитная сталь, в свою очередь, бывает нескольких разновидностей.
А1 – из-за наличия примесей серы эта сталь в небольшой степени подвержена воздействию процесса коррозии. Но данный минус в некоторых случаях нивелируется повышенной твердостью и хорошей износостойкостью. Отечественной металлургией выпускается под маркой 12X18H10E.
А2 – сталь, получившая наибольшее распространение. Ей присущи такие свойства, как нетоксичность, а также немагнитность. Применяется для производства крепежа, используемого в химической отрасли и пищевой промышленности. Ближайшие отечественные аналоги – нержавеющие стали 03X18H11, 08X18H10 и 12X18H10.
А3 – состав этого сплава схож с предыдущим вариантом. Но в него добавляются такие легирующие элементы, как тантал (Та), ниобий (Nb) и титан (Ті). Благодаря этому сталь А3 обретает пружинные свойства и повышается ее устойчивость к воздействию коррозии при работе в условиях высоких температур. Ближайший отечественный аналог – нержавейка марки 08X18H10T.
А4 – используется для производства крепежа, предполагаемое место работы которого – это хлор- и кислотосодержащая среда. По уровню востребованности в сфере изготовления метизов она находится на втором месте вслед за сталью А2.
А5 – обладает хорошей устойчивостью к воздействию повышенных температур. Придают данному сплаву это свойство те же легирующие элементы, что и в стали А3 (Ті, Nb и Та), но с несколько иным процентным содержанием. Нержавейка А5 способна работать в кислотной среде. Ближайший отечественный аналог – 08X17H13M2T.
Стали нержавеющие мартенситные
Такой металл более твердый по сравнению с аустенитными сталями. Кроме того, он может обладать магнитными свойствами. Упрочнение мартенситных сталей осуществляется закалкой, после которой следует технологический процесс отпуска. Изготовленные из этого материала крепежные элементы нашли широкое применение в машино- и приборостроительных отраслях. Наиболее популярны следующие марки мартенситной нержавейки: X9M, 15X11MФ, 10X9MФБ, 18X11MHФБ и некоторые другие.
Стали нержавеющие ферритные
Эти стали характеризуются низким содержанием элемента С. Поэтому по сравнению предыдущим вариантом металла они значительно мягче. Отечественной металлургией выпускаются следующие марки ферритных сталей:
12X17 – применяется для изготовления деталей, скрепляющих элементы емкостей, в которых будет проводиться обработка продуктов питания;
12X13 – из этой стали производятся детали для емкостей, предназначенных для жидких продуктов, содержащих алкоголь;
08X13 – сталь идет на изготовление столовых приборов.
Алюминий
Крепежные детали, выполненные из алюминия, нашли широкое применение во многих сферах промышленного производства. Данное явление обусловлено наличием у этого металла и его сплавов особых свойств. Перечислим основные из них.
- Высокий уровень сопротивляемости атмосферной коррозии. Контакт алюминия с кислородом сопровождается, практически, мгновенным формированием на его поверхности оксидной пленки, выполняющей защитную функцию.
У алюминия самое большое значение соотношения «Прочность/Вес» в сравнении со всеми иными металлами, используемыми для производства крепежных деталей.
У всех соединительных элементов из алюминия отсутствует такое качество, как магнитность. Зачастую это бывает очень важным.
Хоть алюминий является металлом, от ударов или при его обработке абразивным кругом искры не появляются.
Востребованные сплавы
Сводом Правил СП 128.13330, принятым в 2012 году, предписано применение для изготовления крепежа следующих алюминиевых сплавов:
АМг5п. Это – деформируемый магнийсодержащий сплав;
В65 –дуралюмин. В сплав также входят медь (Сu) и магний (Мg). Применяется для изготовления, помимо болтов, еще и заклепочной проволоки;
Д18. Характеристика «Сопротивление срезу» у него хуже, чем у предыдущего сплава. Но этот минус нивелируется более высоким уровнем технологической пластичности;
АД33. Используется для производства крепежа со средними прочностными характеристиками и с повышенной коррозионной устойчивостью. Интервал рабочих температур (-70°С) ≤ Т≤ (+50°С);
АВ. Сплав магний/кремнийсодержащий. По своим характеристикам схож с Д18. Роль упрочняющей фазы играет соединение Мg 2 Sі.
Латунь
Латунь является сплавом элементов медь (Сu) и цинк (Zn). Их процентное соотношение определяет свойства изготовленных из данного метала крепежных деталей. В число наиболее популярных входят следующие марки латуни:
- Л96. Это металл, обрабатываемый давлением. Меди в сплаве содержится около 96%, оставшиеся примерно 4% приходятся на цинк. Особенностью латуни Л96 является совокупность следующих свойств: несклонность к коррозионному растрескиванию; повышенная теплопроводность; высокий уровень пластичности;
Л90. К сведению: латунь, содержание меди в которой находится в пределах 80%. 90%, принято называть полутомпаком. А в сплаве Л90 на ее долю приходится 90% от общего объема). Поэтому латунь этой марки разные источники относят к категории как полутомпак, так и томпак. Отличается золотистым, радующим глаз, цветом;
Л68. Пригодна для изготовления крепежных деталей глубокой вытяжкой, а также холодной штамповкой. Характеризуется устойчивостью к негативному воздействию процесса коррозии и хорошими механическими качествами.
Титан
Востребованность титана (Ті) в сфере метизов достаточно высока. Обусловливают данное явление следующие свойства этого металла:
небольшая удельная плотность (4505 кг/м 3 )– отсюда малый вес крепежа;
высокая прочность. Значение граничной нагрузки, работающей на растяжение, которую выдерживает титан, достигает отметки 450 МПа;
хорошая жаростойкость. Начинает плавиться этот металл при температуре Т=1680°С.
Для производства крепежных деталей используют сплавы на основе титана. Требования к их составу утверждены нормами ГОСТа 19807-91. Ниже представлены лишь наиболее популярные титановые сплавы.
BT16. Высокопрочный сплав системы Ті-Аl-Мо-V. Однако он хорошо поддается деформированию как горячем, так и в холодном состоянии. Изготавливаются из сплава BT16 резьбовые крепежные детали и заклепки, преимущественно, для сферы самолетостроения.
BT6. Тоже высокопрочный сплав, но несколько иной системы: ТІ–6Аl–4V. Совокупность хороших механических качеств позволяет использовать произведенные из него соединительные элементы не только в авиапроме, но для скрепления компонентов медицинского оборудования.
BT3-1. Жаропрочный сплав системы Ті - Аl - Сr - Мо - Fе - Sі. Как правило, подвергается процедуре изотермического отжига., благодаря чему металл становится максимально пластичным и более устойчивым к воздействию высоких температур.
Сплав меди
Высокая востребованность медного крепежа обусловлена многими факторами. Главные из них формулируются так:
повышенная устойчивость к воздействию агрессивной внешней среды и процесса коррозии;
хорошая механическая прочность;
низкое омическое сопротивление.
Широко применяются медные крепежные детали в строительной сфере. Например, когда настилаются на крышу профлисты, изготовленные из данного металла, использовать для этого нужно такие же гвозди и самонарезающие винты. Если же требуется создать неразъемное соединение медных элементов конструкции, решить эту задачу можно, применяя, например, вытяжные заклепки, произведенные из идентичного сырья.
Различают медь двух видов. Она бывает бескислородной (принято обозначать так: M0). Второй вариант – медь раскиленная (обозначается M1) Отличаются они процентным содержанием кислорода:
в марках M0 – не более 0,001%;
в марках M1 – в пределах 0,01%.
Широкое распространение получили марки M3p, M2p и M1p. Им характерно содержание фосфора до 0,04% и кислорода примерно 0,01%.
Заключение
Выбор вида крепежных деталей определяется поставленной задачей. При этом, материал их изготовления нужно учитывать в первую очередь. Только при корректном подборе будет обеспечена требуемая прочность всей вновь создаваемой конструкции. И экономия здесь не уместна: использование крепежа, неподходящего по эксплуатационным свойствам, может привести к необязательным значительным денежным расходам.
Металлы и сплавы, из которых изготавливается крепёж. Общий обзор
Часто приходится слышать, как крепежные изделия называют «метизами» — сокращение от «металлических изделий» . Это, конечно, выражение бытовое, но в нем есть большая доля истины. Подавляющее большинство изделий, входящих в ассортимент ЦКИ, или их элементы, изготовлены из металла.
Металлы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, прочность, пластичность, плотность, непроницаемость, характерный блеск.
Эти свойства определяются их строением. Напомним, что атомы металла имеют высокоорганизованную кристаллическую структуру – т.н. «решетку», в узлах которой располагаются ядра атомов, а пространство между ними равномерно заполняет «электронный газ», т.е. свободные электроны.
На практике чистые металлы используются редко, и массовое их применение происходит в виде сплавов. В сплаве соединяются несколько элементов, в основном металлы. Хотя самый массовый сплав – сталь – это соединение металла железа с неметаллом углеродом. Компонент, который имеет самую высокую долю в сплаве, называется основным, а остальные – легирующими. Число сплавов очень велико. Мы же остановимся только на тех, которые применяются при изготовлении крепежных изделий из нашего ассортимента. Их список вполне обозрим.
- Cталь углеродистая конструкционная
- Сталь пружинная
- Чугун ковкий
- Сталь нержавеющая аустенитная
- Медь (чистая)
- Латунь
- Бронза
- Алюминиевые сплавы
Углеродистая конструкционная сталь – сплав железа и углерода в различных соотношениях – получается при совместной выплавке этих основных компонентов. В качестве обязательных сопутствующих элементов присутствуют Mn и Si . Они попадают в сталь при раскислении – удалении из стали лишнего кислорода. Mn и Si связывают его в оксиды. Процесс сопровождается газовыделением СО («кипением»). Так получают стали обыкновенного качества и качественные стали.
Стали обыкновенного качества обозначают буквами «Ст» и условным номером марки. Чем выше номер, тем больше С и Mn содержится в стали.
Содержание углерода и марганца в сталях обыкновенного качества, %
Марка стали
Ст0
Ст1
Ст2
Ст3
Ст4
Ст5
Ст6
С %
Mn %
Качественные углеродистые стали своему названию обязаны в первую очередь низким содержанием примесей. Их массовый процент должен быть не более:
Содержание углерода в этих сталях изменяется в широких пределах. По этому показателю их разделяют на несколько групп. Чем выше содержание углерода в стали, тем выше ее механические свойства. Они маркируются числами 08,10, 15, 20, . 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Механические свойства качественных углеродистых сталей
Марка
σв, Н/мм 2
Низкоуглеродистые стали (С < 0,25%)
05кп, 08, 07кп, 10 и 10кп
15, 15кп, 20 и 25
Среднеуглеродистые стали (0,3 — 0,5 % С)
30, 35, 40, 45, 50 и 55
Стали с высоким содержанием углерода (0,6 — 0,85 %С)
60, 65, 70, 80 и 85
в зависимости от термообработки
В отдельных случаях углеродистые стали легируются незначительным количеством хрома. Это обеспечивает повышенные механические свойства после соответствующей термической обработки. Весьма популярна в этом плане сталь марки 40Х.
Химический состав в % материала 40Х
Следует иметь в виду, что наряду с химическим составом важнейшую роль в формировании структуры, а следовательно, и в обеспечении заданных свойств сплава, играет термообработка. В углеродистых сталях применяется схема закалка + отпуск. Закалка – это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до высокой заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. Атомы, перестроившиеся в другую структуру при нагреве, при резком охлаждении не успевают вернуться на прежние места. В случае углеродистых сталей эта новая зафиксированная структура стали называется мартенсит. Следует понимать, что эта структура может возникнуть только при достаточно высоком содержании углерода в стали. В стали с низкой концентрацией углерода последнего может попросту не хватить для организации мартенситной структуры. Если же мартенсит образовался, то его состояние будет крайне неустойчивым, как у любой напряженной структуры. Поэтому, чтобы перевести металл в более устойчивое состояние, сохранив при этом необходимые уровни прочности и пластичности, применяют дополнительную термообработку, которую называют отпуск. Отпуск – термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки. При отпуске сталь нагревают до температур более низких, чем при закалке, что вызывает выделение т.н. вторичных фаз и как следствие снижение внутренних напряжений в стали.
Еще один вид термической обработки, а точнее – химико-термической обработки, встречающийся при производстве крепежных изделиях, это цементация. Так называется насыщение поверхности деталей углеродом с целью повышения ее твердости и износостойкости. Насыщение проводят либо из твердой, либо из газовой фазы, и оно длится до 10 часов при температуре 900-950 0 С. Для улучшения структуры затем производится двойная закалка на 800-900 0 С и последующий низкий отпуск при 160-180 0 С.
Цементацию применяют для деталей, в которых высокая твердость поверхности должна сочетаться с вязкой сердцевиной, хорошо выдерживающей ударную нагрузку. При этом содержание углерода не должно превышать 0,1-0,25%. В крепежных изделиях нашего ассортимента цементация широко применяется при производстве саморезов по металлу.
Сталь пружинная
Некоторые крепежные детали изготавливаются из специальной пружинной стали. Это различного рода шайбы, кольца, разрезные штифты и т.п.
Крепеж: металлы и сплавы
Крепежные изделия — болты, шпильки, гайки и шайбы производятся из различных сталей и сплавов, которым соответствуют разные классы прочности. Большинство крепежных изделий изготавливаются из углеродистых легированных и нелегированных сталей.
Крепежные изделия — болты, шпильки, гайки и шайбы производятся из различных сталей и сплавов, которым соответствуют разные классы прочности. Большинство крепежных изделий производятся из углеродистых легированных и нелегированных сталей. Высокопрочный крепеж изготавливается специальными методами производства — горячая / холодная прокатка, а затем закалка.
Углерод придает любому сплаву твердость. Сталь подлежит обязательной маркировке. Легированные стали отличаются от нелегированных, наличием элементов, специально вводимых в сплав для создания определенных физических и механических свойств.
Крепеж применяется во многих областях народного хозяйства и промышленности, в качестве деталей для соединения частей конструкций.
Изделия эксплуатируются в различных условиях. Повышенным спросом пользуется нержавеющий крепеж, обладающий следующими характеристиками: гигиеничность, надежность, неограниченный срок эксплуатации и коррозиестойкость.
Металлы и сплавы, из которых изготавливают крепеж:
углеродистая конструкционная сталь;
Большинство марок стали и их основные характеристики указаны в ГОСТ 1759.4-87.
Крепеж из углеродистой стали
Крепеж из углеродистой стали применяется в создании долговечных и прочных соединений, в таких областях как приборостроение, машиностроение и строительство. Высокопрочный крепеж также используется во фланцевых соединениях. В качестве основного сырья выступают низкоуглеродные и легированные стали. При избытке углерода, металл становится хрупким, что недопустимо ни в одной отрасли.
Нержавеющий крепеж из мартенситных, аустенитных, и коррозионно-стойких нержавеющих сталей
Нержавеющий крепеж применяется в агрессивных условиях для создания прочных и сложных конструкций и соединений, устойчивых к вибрациям. Крепеж с высоким содержанием легирующих элементов, таких как хром, никель, титан, кобальт и ниобий, не подвержен коррозии, деформации под влияниям перепадов температур и агрессивных условий эксплуатации. Хром увеличивает твердость и прочность сплава, никель повышает устойчивость к коррозии, кобальт повышает жаропрочность и уровень сопротивления ударам, а ниобий улучшает кислотостойкость и коррозиестойкость.
Для агрессивных сред (химические производства) — 12Х17, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 14Х17Н2, 10Х17Н13М2Т.
Для высокотемпературных условий — 2Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 08Х18Н10, 10Х11Н23Т3МР, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 18Х12ВМБФР.
Для условий с пониженной температурой — 09Г2С, 20ХН3А, 12Х18Н10Т.
Для высоких динамических и статистических нагрузок — 35Х, 40Х, 20ХН3А, 38ХС.
Для фланцевых соединений — 30ХМА, 40Х, 40ХМФА, 25Х1МФ, 20Х1М1Ф1ТР, 20Х1М1Ф1БР, 45Х14Н14В2М.
Для условий с повышенной влажность (антикоррозийные свойства) — 20Х13, 14Х17Н2, 20Х17Н2, 08Х18Н10Т, 06ХН28МДТ, 10Х17Н13М2Т.
Особые физические и механические свойства крепежа зависят не только от марки стали, из которой изготовлен крепеж, но также и от нанесения на поверхность покрытия из другого металла, защищающего изделие.
Механические характеристики крепежа контролируются для проверки предела прочности на разрыв, условного предела текучести, твердости и разрушающего крутящего момента.
Из каких сталей не допускается изготовление крепежных деталей
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно
БОЛТЫ, ШПИЛЬКИ, ГАЙКИ И ШАЙБЫ ДЛЯ ФЛАНЦЕВЫХ И АНКЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ,
ПРОБКИ И ХОМУТЫ С ТЕМПЕРАТУРОЙ СРЕДЫ ОТ 0 ДО 650 °С
Bolts, studs, nuts and washers for flanged and anchor connections,
corks and yokes with medium temperature from 0 to 650 °С. Specifications
Дата введения 1976-01-01
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28.03.75 N 794
Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)
Издание (март 2001 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в июне 1980 г., декабре 1985 г., марте 1987 г. (ИУС N 9-80, 4-86, 6-87)
Настоящий стандарт распространяется на болты, шпильки, гайки и шайбы для фланцевых и анкерных соединений паровых котлов, трубопроводов и соединительных частей, паровых и газовых турбин, арматуры, приборов, аппаратов и резервуаров, пробки для турбин и трубопроводов, хомуты круглого сечения для опор и подвесок трубопроводов с температурой среды от 0 до 650 °С и водогрейных котлов с температурой воды свыше 115 °С.
Стандарт не распространяется на фланцевые соединения объектов, подведомственных Госгортехнадзору СССР, с условным давлением менее 0,07 МПа (0,7 кгс/см).
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1066-85.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Болты, шпильки, гайки, пробки, хомуты и шайбы (далее - крепежные изделия) следует изготовлять по ГОСТ 9064-75, ГОСТ 9065-75, ГОСТ 9066-75 или по рабочим чертежам из стали марок, указанных в табл.1.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.2. Условия применения марок стали, указанные в табл.1, по температуре и давлению рабочей среды для болтов, шпилек и гаек фланцевых соединений объектов, подведомственных Госгортехнадзору СССР, должны соответствовать "Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов" (утверждены 30 августа 1966 г.), "Правилам устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды" (утверждены 10 марта 1970 г.), "Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" (утверждены 19 мая 1970 г.).
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.3. Для изготовления крепежных деталей необходимо применять стали, выплавленные в мартеновских печах, электропечах, методами электрошлакового и вакуумно-дугового переплава или по другим, как минимум, равноценным технологическим процессам. Не допускается использование для крепежных деталей кипящей, полуспокойной и автоматной стали.
(Измененная редакция, Изм. N 3).
1.4. Материалы для изготовления крепежных деталей должны выбираться в зависимости от расчетной температуры металла и разделяются по качеству на:
категорию I - углеродистые стали с техническими требованиями к изделиям общего назначения класса точности В с номинальным диаметром резьбы до 48 мм расчетной температурой металла изделия до 200 °С;
категорию II - углеродистые стали, применяемые для болтов, шпилек, пробок, хомутов и гаек класса точности А с номинальным диаметром резьбы до 48 мм и шайб всех размеров с расчетной температурой металла изделия до 300 °С. Углеродистые стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-94, поставляемые с контролем ударной вязкости после механического старения, для изделий класса точности А с предельными параметрами по табл.1;
категорию III - качественные углеродистые стали в улучшенном состоянии, применяемые для болтов, шпилек, пробок, хомутов и гаек всех размеров с расчетной температурой металла изделия до 400 °С в случаях, если температура отпуска выше этой температуры не менее чем на 100 °С.
Производство крепежа
В настоящее время, практически, ни одна отрасль промышленности не может обойтись без крепежных элементов. Поэтому совсем неудивительно, что их выпуск налажен в больших масштабах. Появление новых технологий обеспечило возможность производить метизы с различной степенью точности, а также с отличающимися размерными и прочностными характеристиками. В прошлом веке была разработана технология обработки металла давлением. Ее экономичность послужила в качестве толчка к началу массового производства соединительных деталей. Они стали выпускаться большими партиями, что обусловило снижение цены конечной продукции. Когда же возникает необходимость, применяются вторичные (дополнительные) операции, в частности, обработка резанием. В предлагаемой вашему вниманию статье речь пойдет о технологиях изготовления крепежных элементов, взятых на вооружение современными заводами металлургической отрасли.
Технология холодной высадки
Ее другое общепринятое название – метод холодной штамповки. По данной технологии сегодня выпускается примерно 87% от всего объема крепежа. Наряду с экономичностью, ей присущи и другие плюсы:
улучшенные механические свойства метизов;
поверхность изделий характеризуется высокой чистотой и таким же уровнем качества;
широкий ассортимент доступных к изготовлению типоразмеров – (вплоть до M52);
удешевление конечной продукции;
снижение расходов металлического сырья;
гарантирована точность размеров;
высокая скорость производственного процесса.
По сути, в основе холодной штамповки находится комбинация 3-х технологий:
прямое выдавливание. Цель применения – уменьшение диаметра заготовки (промежуточного продукта производства);
обратное выдавливание. С использованием данной технологической операции проделываются отверстия;
высадка. Задействуется на этапе формирования элемента, передающего крутящее усилие на стержень крепежа – это гостовское название головки.
Особенности производства
Изготовление соединительных деталей осуществляется с использованием холодновысадочных пресс-автоматов. Они бывают одноударными либо многопозиционными. Уровень производительности данного современного оборудования достигает 400 крепежных элементов в минуту. Накатка резьбы и формирование заостренных наконечников выполняются на станках, которые так и называются – резьбонакатные. Для придания метизам заданной твердости и требуемых прочностных характеристик, они подвергаются закалке в специальных конвейерных либо проходных печах.
Поверхность заготовки, предназначенной для обработки холодной штамповкой, должна быть абсолютно гладкой. Дефекты могут обусловить вывод конечной продукции в категорию брака. Подготовка поверхности включает следующие этапы:
протравливание металла в соли соляной (НСl) либо серной (Н 2 SО 4 ) кислоты;
промывка в воде – сначала в горячей, а затем в холодной;
нанесение подсмазочного покрытия.
Холодновысадочный автомат
Технология холодной высадки предусматривает придание заготовке необходимой формы заполнением металлом имеющихся в штампах рабочих полостей. Во время этой операции происходит ее осаживание между матрицей и небольшим по размерам прессом – пуансоном.
Холодная пластическая деформация изготавливаемого крепежа выполняется по двум схемам. Первая состоит из следующих этапов:
Подготовка промежуточных продуктов производства – заготовок.
Подготовка поверхности заготовок.
Проведение технологических процессов по этой схеме осуществляется на вертикальных прессах, оборудованных одно- либо многопозиционными штампами.
Вторая схема предусматривает прохождение 3-х этапов:
Подготовка их поверхности.
Реализуется данная схема на одно- либо многопозиционных автоматах. Допускается совмещение обеих схем.
Однопозиционные автоматы используются для изготовления крепежа, характеризующегося простыми формами. Конструкцией оборудования многопозиционного типа предусмотрен набор штамповочных позиций. Его сфера применения – производство деталей сложной конфигурации. Например, для изготовления гаек потребуется 5-позиционная установка, а болтов с шестигранной шляпкой – 3-х или 4-позиционый автомат.
Технология горячей высадки
Способ горячей высадки также предусматривает обработку металлического сплава давлением. Придание заготовки необходимой формы выполняется посредством специального устройства – штампа. Деформация в данном случае осуществляется по всему ее объему. Конфигурация будущей конечной продукции определяется формой полости штампа, по которой происходит течение расплавленного металла. На долю горячей высадки приходится 9% от всего объема изготовленного крепежа.
Штампы
Штампом в металлургии принято называть массивную форму, изготовленную из жаростойкой стали. В нее входят две части. Каждая из них имеет полости – так называемые «ручьи». К этим частям выдвигаются следующие конструктивные требования: нижняя должна быть зафиксирована на неподвижной компоненте кузнечной машины, а верхняя – на подвижной.
Штамп входит в число дорогостоящих разновидностей оборудования. По этой причине применять технологию горячей высадки экономически выгодно только при массовом производстве крепежа. Однако, встречаются случаи, когда обойтись без нее невозможно. Речь идет о заказах на выпуск деталей очень сложной конфигурации.
Особенности горячей штамповки
На первом этапе техпроцесса подготавливаются заготовки. Для этого они:
нарезаются с использованием ленточных станков;
разогреваются с помощью индуктора до температуры 1000°С
После этого осуществляется подача заготовок на автоматы горячей высадки. Причем тип этих агрегатов определяется разновидностью производимого крепежа. Так, при изготовлении стержневых соединительных деталей – винтов со шляпкой любой формы, болтов и «классических» заклепок – с диаметром (обозначение d), изменяющемся в диапазоне 16,0 мм≤d≤42,0 мм, задействуются роторные многопозиционные автоматы, горячевысадочные однопозиционные устройства, а также фрикционные прессы.
Производство гаек выполняется на специальных многопозиционных гаечных автоматах.
Стали углеродистые, используемые для выпуска крепежа
Примерно 90% от всего объема крепежа в мировом масштабе производится из стали углеродистой. Объясняется данное явление совокупностью следующих факторов:
невысокая цена в сравнении с иными сплавами;
простота процедуры обработки;
хорошие прочностные качества.
На механические характеристики соединительных деталей, в качестве сырья для изготовления которых использовалась сталь углеродистая, оказывает влияние количество элемента углерод (С), содержащегося в исходном материале. По данному признаку стали подразделяются на 3 группы:
легированные. Содержание элемента (С) превышает отметку 0,65%;
среднеуглеродистые. Углерода в них содержится min 0,25%; max 0,65%;
низкоуглеродистые. Содержание элемента С не превышает0,25%.
Рассмотрим особенности сплавов каждой группы.
Стали низкоуглеродистые
Таким сталям присуща пластичность не в ущерб прочности. Материал легко поддается механической обработке и сварке. А его производство не сопряжено со значительными финансовыми затратами. Из низкоуглеродистых сталей выпускаются крепежные элементы с граничной прочностью, приближающейся к отметке 600 MПа.
Маркируются они литерами «Ст», за которыми после точки идет цифра – минимальная «0», а максимальная «6». Цифра играет роль условного номера марки. Углерода в стали содержится тем больше, чем цифра выше. Чаще всего используемыми марками для выпуска соединительных деталей являются Cт.5 и Cт.3.
Современная металлургия производит также стали с особыми свойствами. Они обозначаются дополнительным сочетанием букв, идущим вслед за цифрой. Например, по критерию «Степень раскисления» общепринятая маркировка выглядит так:
cп – сталь спокойная. Характеризуется хорошим сопротивлением хрупкому разрушению, а также внешним динамическим воздействиям;
пc – сталь полуспокойная. В производстве она дешевле в сравнении со сталью спокойной. Данный фактор обусловил ее достаточно широкое применение в сфере производства метизов;
Стали среднеуглеродистые
По-другому они называются сталями конструкционными. С целью улучшения механических качеств они подвергаются дополнительной термической обработке. Из среднеуглеродистых сплавов производятся метизы с граничной прочностью выше 600 МПа. Маркировка этих сталей представляет собой двузначные числа. Они отображают сотую часть процентного содержания элемента углерод. Механические характеристики сталей конструкционных качественных представлены в таблице.
Марка среднеуглеродистой стали
Показатель твердости по Бринеллю, НВ
Величина относительного удлинения, %
Граничная прочность нагрузки на разрыв, MПа
Присутствующая в маркировке литера «Г» говорит о высоком содержании элемента Мn– это марганец. В число наиболее востребованных сталей конструкционных, используемых при изготовлении соединительных деталей, входят Cт.40, Cт.35, Cт.20, Cт.10.
Стали легированные
Легированными принято называть стали, содержащие элементы:
хром (Сr) в количестве меньше 4%;
медь (Сu) и кремний (Sі) более 0,6%;
марганец свыше 1,65%.
Добавки улучшают механические, а также химические свойства крепежа. Маркировка легированной качественной стали представляет собой сочетание литер и цифр. В нем содержится зашифрованная информация о химическом составе сплава. Буквами обозначаются легирующие элементы. Например, никелю (Nі) соответствует литера «Н», ванадию (V) – «Ф», вольфраму (W) – «В» и т.д.
Сколько (в процентах) содержится в сплаве легирующей примеси указывает идущая за буквой цифра. Ее отсутствие следует трактовать так: количество добавки составляет примерно полтора процента. Первые 2 цифры в маркировке сталей конструкционных легированных качественных отображают содержание элемента углерод. Единица измерения в данном случае – сотые доли процента. Обозначение особо высококачественных сталей заканчивается литерой «Ш», а просто высококачественных – буквой «А». Для изготовления соединительных деталей применяются легированные стали следующих марок: Cт.40Г2, Ст.35XГCA, Ст.30XГCA, Ст.40X и Ст.35X.
Марки стали для нержавеющего крепежа
Крепежные элементы, произведенные из «нержавейки», обретают все большую популярность. Их стоимость заметно выше по сравнению с метизами из сталей углеродистых. Но этот минус нивелируется более продолжительным сроком службы и лучшими эксплуатационными характеристиками.
Нержавеющему крепежу не страшна коррозия. Он успешно противостоит данному явлению не только при работе в обычных условиях окружающей среды, но и когда контактирует с агрессивными химическими соединениями. Например, с насыщенной солью морской водой, хлором и кислотами. Не боится он также резких перепадов температуры.
В зависимости от состава и свойств «нержавейка» подразделяется на:
аустенитную. Сталь этой группы в технической документации обозначается литерой «А». Этот металл характеризуется абсолютным отсутствием магнитных свойств, либо они могут проявляться в очень незначительной степени. Аустенитная сталь содержит хром в количестве от 15%до 25%, а никель минимум 5% – максимум 15%. Хорошо обрабатывается давлением на автоматах горячей и холодной высадки. Без проблем поддается сварке;
мартенситную. В классификаторах сталь данной группы принято обозначать литерой «C». Металл характеризуется большей твердостью. Не исключено наличие у него магнитных свойств. Упрочнение осуществляется закалкой с последующей процедурой отпуска. По сравнению со сталью аустенитной, мартенситная менее устойчива к воздействию процесса коррозии;
ферритную. Обозначается литерой «F». Характерно обязательное наличие магнитных свойств. «Нержавейка» ферритная мягче, чем мартенситная. Объясняется данное явление очень просто: в стали «F» содержание углерода в относительных единицах - процентах – меньше, чем в стали «С».
Стали аустенитные
Стали аустенитные являются безусловными лидерами из «нержавеек» вышеуказанных групп по применению для изготовления крепежа. В зависимости от состава они подразделяются на 5 типов.
Сталь типа А1
Этот металл отличается повышенной твердостью, сочетающейся с высокой износостойкостью. Его минус – возможна уязвимость процессом коррозии по причине наличия в составе элемента сера (S). Стали типа А1 используются для производства шплинтов некоторых разновидностей, пружинных шайб, различных штифтов. Отечественный аналог – «нержавейка» марки 12X18H10E.
Сталь типа А2
Данная сталь является самой популярной для производства крепежа. Она характеризуется:
устойчивостью к воздействию коррозии при работе на открытом воздухе. Однако устанавливать крепеж, изготовленный из сплава А2, не рекомендуется в местах, где предполагается контакт с агрессивной средой;
практически полным отсутствием магнитных свойств;
Применяется этот металл для производства соединительных деталей общего назначения, используемых в пищевой отрасли, машиностроительной сфере и в строительной индустрии. Наиболее распространенный российский аналог – нержавеющая сталь марки 12X18H10.
Сталь типа А3
По составу схожа со сталью А2. Однако имеет добавки легирующих компонентов: ниобия (Nb), а также тантала (Та) либо титана (Ті). Их наличие придает материалу пружинные качества и повышает уровень его сопротивляемости воздействию коррозии. Из сплава А3 производится крепеж, для которого принципиально значимо такое свойство, как пружинистость – это кольца по ГОСТу 13943-86, шайбы, соответствующие требованиям ГОСТа 6402-70 (гроверы) и т.д. Отечественный аналог – «нержавейка» марки 08X18H10T.
Сталь типа А4
По популярности использования для изготовления соединительных деталей идет второй непосредственно за сплавом А2. Отличается наличием элемента молибден (Мо). Произведенный из стали А4 крепеж может устанавливаться в места, не исключающие контакт с агрессивной средой (хлорсодержащей и кислотной с показателем РН<7). Это обусловило его востребованность в судостроительной отрасли и химпроме. У сплава А4 отсутствуют магнитные свойства, он не теряет прочность при температуре, опустившейся до отметки минус 60°С и устойчив к негативному процессу коррозии. Российский аналог – нержавеющая сталь 03X17H14M2.
Сталь типа А5
В этот сплав входят такие легирующие добавки, как тантал (Та), ниобий (Nb), титан (Ті), а также ряд других. Их свойства обеспечивают стойкость материала к воздействию высоких температур. Применяется сталь типа А5 для изготовления метизов, характеризующихся повышенной жесткостью. Кроме того, она придает конечной продукции пружинящие свойства. Ближайший отечественный аналог – «нержавейка» 08X17H13M2T.
Заключение
Меткомбинаты производят крепежные элементы, отличающиеся классами точности, а также прочностными характеристиками, с покрытием, защищающим от коррозии, либо без такового. Изготовление высококачественных соединительных деталей – достаточно сложный технологический процесс. Он в обязательном порядке требует контроль качества и соответствия рабочих параметров крепежа нормам действующих стандартов.
Читайте также: