Виды разрушения крепежа: какие меры против усталости, ползучести и SCC подтверждаются данными

Начинайте с класса твёрдости, а не с класса прочности

Прочность и твёрдость определяют восприимчивость раньше любой другой переменной. Чем твёрже сталь, тем меньше её пластичность и вязкость, и снижается напряжение, при котором поглощённый водород вызывает отложённое растрескивание ⁴. Поэтому заданный диапазон твёрдости — а не класс прочности на головке — первое, что нужно зафиксировать в спецификации. Два издателя помещают значимый порог около 39 HRC (380 HV). Ниже него крепёж хорошего изготовления обычно переносит водород без отложенной потери прочности — при контролируемом производстве и достаточном качестве стали ⁴. Выше него восприимчивость резко растёт ⁴. ISO 898-1 несёт собственное предостережение, что крепёж класса 12.9 подвержен риску коррозионного растрескивания под напряжением ⁵. Два класса лежат по разные стороны этой линии. Класс 12.9 задан как 39-44 HRC (385-435 HV), что один поставщик описывает как зону крайнего риска с практически нулевой толерантностью к атомарному водороду ¹⁰. Класс 10.9 при 32-39 HRC ниже порога и упоминается как обычно безопасный, в том числе оцинкованный ^{4, 2}. Относитесь к 39 HRC как к заявленному порогу, а не как к приёмочному пределу. Критическое значение смещается до ±1,0 HRC в зависимости от химии, температуры отпуска и микроструктуры. Некоторые стандарты устанавливают нижние пределы 31-35 HRC во избежание внутреннего водородного охрупчивания ⁴. Если ваше приложение близко к линии, запросите у поставщика измеренное распределение твёрдости партии, а не номинал класса.

Выберите путь покрытия, соответствующий водородному риску класса

Выбор покрытия — то место, где хорошее решение по классу сводится на нет. Гальваническое нанесение вводит водород в процессе, поэтому гальваническое покрытие на восприимчивом классе добавляет риск, которого у основного металла не было. Цинк-никель наносится гальванически и должен прогреваться после нанесения для снижения этого риска ¹⁷. Неэлектролитические системы полностью обходят гальваническую ванну. Чешуйчатый цинк, шерардизация и механическое цинкование — пути, которые следует указывать для восприимчивых классов. Чертёж с надписью только «оцинкованный» по умолчанию означает гальваническое цинкование ⁹. Чешуйчатый цинк наносится окунанием с центрифугированием или распылением и отверждается, а не осаждается. Один поставщик позиционирует его для снижения водородного риска и высоких коррозионных целей на высокопрочном крепеже ²². Компромисс небесплатен. Цинк-никель даёт более металлическое осаждённое покрытие с хорошей размерной стабильностью на резьбе и хорошей электропроводностью — это важно там, где посадка резьбы или проводимость жёсткие ²². Если всё же его указываете, впишите прогрев после нанесения в заказ, а не предполагайте его. Ни один из путей не устраняет водородный риск полностью, поэтому указание покрытия и указание твёрдости нужно читать вместе.

Задайте окно предварительной затяжки и метод затяжки, который его держит

Предварительная затяжка губит соединение на обоих концах. Слишком малая — соединение раскручивается от вибрации, болт несёт всю циклическую нагрузку, и следует усталость. Слишком большая — болт течёт или рвётся, а поддерживаемое растяжение может способствовать коррозионному растрескиванию ⁷. Перетяжка приближает болт к его пороговому напряжению водородного охрупчивания или превышает его ¹¹. Подтверждаемая мера — метод затяжки, который приводит затяжку в окно и проверяем: калиброванный момент, момент-угол или контроль вытяжения ^{23, 11}. Методы с контролем вытяжения рекомендуются там, где надёжность весит больше всего ¹⁴. Какой бы вы ни назвали, допущение трения за значением момента должно быть заявлено. Смазка на резьбе меняет коэффициент и требует снижения момента ¹⁵. Не предполагайте, что более прочный болт покупает усталостную долговечность при том же моменте. Один источник утверждает, что более прочный материал при той же предварительной затяжке не продлевает усталостную долговечность соединения и более хрупок ⁷. Источники здесь не дают целевую затяжку или момент, поэтому число должно выходить из вашего расчёта соединения и данных момент-сила поставщика.

Сделайте впадину резьбы и галтель головки предметом контроля

Трещины начинаются там, где напряжение концентрируется. У винтов и болтов это впадина первого рабочего витка резьбы или радиус галтели под головкой ¹. Острые радиусы, разрывы поверхности, питтинг и складки резьбы во впадине действуют как локальные концентраторы. Они могут запустить трещину в материале, уже восприимчивом ¹. Это делает геометрию позицией спецификации, а не умолчанием чертежа. Щедрые радиусы на переходе головка-стержень, большие радиусы впадины резьбы и гладкая поверхность — всё это снижает пиковые напряжения, питающие миграцию водорода ⁹. Где процесс позволяет, накатка резьбы до термообработки упоминается как способ минимизации остаточных напряжений в готовой резьбе. Усталостная долговечность названа исключением ⁹. Для вашего запроса практический вопрос: контролирует ли поставщик эти признаки или только рисует. Запросите радиусы на реальном производственном чертеже и последовательность операций резьбы относительно термообработки. Источники не дают критериев приёмки для складок и дефектов поверхности, поэтому отдельно согласуйте базу контроля.

Горячая или коррозионная служба требует данных, а не более высокого класса

Высокий класс прочности — это не температурная марка. В горячей или напорной службе отправная точка — нормативный класс болтов. Проверки, определяющие выбор: допустимое напряжение, удержание прочности, релаксация или ползучесть, пара гайка-болт и среда ⁸. Класс 12.9 в частности не является температурной маркой ⁸. Ползучесть и релаксация проявляются как потеря предварительной затяжки со временем. Высокотемпературные и коррозионные условия приводят к спаду затяжки. Рекомендуемый ответ — жаропрочные или покрытые болты плюс регулярный контроль ²³. Это вопрос проектного ресурса, а не класса, и именно здесь приведённые данные наиболее скудны. Если ваше соединение работает горячим, запросите у поставщика данные релаксации или ползучести и допустимые напряжения при вашей рабочей температуре на ваш проектный ресурс. Ни один источник в этом наборе не публикует скорость ползучести, кривую релаксации или допустимое напряжение. Спецификация должна опираться на данные, которые вы получаете, а не на класс.

Выберите стандарт цинкования и запланируйте испытание после ванны

Горячее цинкование добавляет тепловой цикл, и этот цикл — риск. Когда температура ванны превышает температуру отпуска или снятия напряжений крепежа, ASTM F2329 требует, чтобы заказчик организовал механические испытания после цинкования ⁶. Ответственность на вашей стороне заказа — заложите испытание в заказ, а не считайте стандартные температуры ванны безвредными ⁶. Крепёж в полосе 25-39 HRC от цинкования обычно не охрупчивается, а класс 10.9 и болты A354 BD цинкуются как обычно ². Это та полоса, в которую ваше решение по твёрдости уже должно было вас поместить. Между двумя стандартами F2329 добавляет обязательное испытание сцепления, более высокие минимальные толщины для мелкого крепежа и для болтов A394, а также более полную документацию. Делает она это при заявленной наценке к стоимости относительно A153 ¹². A153 остаётся достаточной для общего некритичного крепления ¹². Называйте F2329 там, где соединение критично или класс высокопрочный. Подтвердите, что ваш цинковальщик может выполнить требуемые испытания, прежде чем выпустить заказ ⁶.

Проверки до запроса цен, прежде чем заморозить спецификацию

Каждый пункт ниже покрывает число, которое источники этого набора не дают. Получить их письменно до заморозки спецификации — вот что не даст мерам против видов разрушения опираться на допущения.

• Запросите измеренное распределение твёрдости партии, а не номинал класса — порог 39 HRC разбросан на ±1,0 HRC ⁴.
• Подтвердите, что путь покрытия неэлектролитический, либо что прогрев после нанесения для гальванических покрытий вписан в заказ ^{9, 17}.
• Требуйте данные момент-сила за каждым значением момента, включая принятый коэффициент трения для смазанных резьб ¹⁵.
• Спросите, какой метод затяжки будет использован и как проверяется предварительная затяжка — калиброванный момент, момент-угол или вытяжение ²³.
• Для ответственных высокопрочных узлов запланируйте период релаксации 24-48 часов перед финальной проверкой момента ¹¹.
• Запросите радиусы и последовательность операций резьбы на производственном чертеже, а не только на образце ⁹.
• Для горячей службы запросите данные релаксации или ползучести и допустимое напряжение при вашей рабочей температуре и проектном ресурсе ⁸.

Где источники расходятся по цинкованию высокопрочных болтов

Практика цинкования высокопрочных болтов решена не одинаково во всех регионах, и раскол виден в самих стандартах. Строки ниже держат обе позиции в поле зрения, чтобы вы могли решить, какой стандарт болтов следует ваш проект.

Часто задаваемые вопросы

Связанные страницы

• Водородное охрупчивание высокопрочных болтов: какие классы прочности требуют мер защиты, какие покрытия и режимы термовыдержки допустимы и что требовать до запроса коммерческого предложения
• Материалы крепежа для непрерывной работы выше 400°C: что подтверждает массив источников и что должен дать норматив
• Что на самом деле кодируют классы прочности болтов 8.8, 10.9 и 12.9 — и когда высокая прочность перестаёт быть правильным выбором
• Крепёж со сквозной закалкой против цементированного: диапазоны твёрдости, меры против охрупчивания и приёмочные подтверждения
• Стандарты резьбовых шпилек и шпилечных болтов: соответствие DIN 975/976 и ASTM A193/A320 классам прочности, покрытиям и сертификации