Analýza Materiálů šroubů

Šrouby jsou spojovací prvky klasifikované podle třídy mechanické vlastnosti na běžné šrouby avysokopevnostní šrouby. Různé materiály přímo ovlivňují mechanický výkon a použitelný rozsah šroubů. Níže je uvedena analýza běžně používaných materiálů šroubů pro účely výběru.

1. Běžné materiály pro běžné šrouby

Šrouby pod třídou vlastností 8.8 jsou šrouby s běžnou pevností, obvykle vyrobené z drátu z nízkouhlíkové nebo středně uhlíkové oceli válcováním za studena a válcováním závitů, bez tepelného zpracování kalením a popouštěním. Vezměme si jako příklad nejběžněji používanou třídu 4.8: jmenovitá pevnost v tahu není menší než 400 MPa, poměr kluzu k tahu je 0,8 a jmenovitá mez kluzu není menší než 400 × 0.8=320 MPa.

Mezi běžné typy válcovaných tyčí pro běžné šrouby patří:

1008K

1010

1015K

1032

1035

1040

CH38F

1039

Ostatní válcované dráty z uhlíkové oceli splňující výkonnostní požadavky

Výše uvedené drátěné tyče z uhlíkové oceli jsou ze své podstaty nemagnetické; nemagnetické charakteristiky se týkají předevšímnerezové spojovací prvky. Po tváření za studena austenitické korozivzdorné oceli vyvinou slabý magnetismus: 304M po tváření za studena má magnetismus přibližně 1,6 μ až 2,0 μ, 304HC přibližně 1,01 μ až 1,6 μ a jakost 316 po tváření za studena má magnetismus nižší než 1,01 μ.

2. Běžné materiály pro vysokopevnostní šrouby

Vysokopevnostní šrouby vyžadují materiály s vyšší pevností v tahu, aby vyhověly vyšším nárokům na předpětí a nosnost. Tepelné zpracování kalením a popouštěním má významný vliv na pevnost materiálu. Po temperování nemůže 40Cr obecně stabilně splňovat požadavky na materiál konstrukčních vysokopevnostních šroubů třídy 10.9S; za omezených podmínek kontroly lze tvrdost povrchu po popuštění použít jako předběžnou referenci pro stupeň pevnosti materiálu. Při vysokém namáhání vykazují vysokopevnostní šrouby vyrobené z různých materiálů různou odolnost proti opožděnému lomu.

2.1 40Cr vysokopevnostní šrouby

Vysokopevnostní šrouby 40Cr se používají hlavně v prostorových příhradových vaznících se šroubovými kulovými klouby. Jejich návrhová pevnost je obecně 390 MPa (d větší nebo rovna 30 mm) nebo 430 MPa (d < 30 mm), s relativně nízkým předpětím v tahu za normálního provozu. Při aplikaci v podmínkách vyžadujících vysoké předpětí je třeba pečlivě vyhodnotit a zajistit odolnost materiálu proti opožděnému lomu.

2.2 20Vysokopevnostní šrouby MnTiB

20MnTiB je nízkouhlíková ocel legovaná bórem. Po kalení a popouštění poskytuje vyvážené komplexní vlastnosti a jeho odolnost proti opožděnému lomu je lepší než u 40Cr a 40B, díky čemuž je vhodný pro spoje ocelových konstrukcí s vysokým předpětím a vysokým namáháním.

2.3 Standardně doporučený výběr materiálu

Podle současné čínské národní normy pro vysokopevnostní velkéšroub se šestihrannou hlavou, sestavy matic a podložek pro ocelové konstrukce, doporučené materiály pro šrouby třídy 10.9S jsou následující:

Velikost menší nebo rovna M24: 20MnTiB;

Velikost M27–M30: 35VB.

Velkoprůměrové vysokopevnostní šrouby se obtížně protvrzují během popouštění, proto je třeba se vyhnout příliš velkým průměrům. Pokud jsou požadovány šrouby s velkým průměrem, musí se odpovídajícím způsobem snížit pracovní napětí a musí být ověřena prokalitelnost materiálu, aby byly splněny požadavky na výkon průřezu.

3. Shrnutí

U běžných šroubů i šroubů s vysokou pevností výběr materiálu přímo ovlivňuje pevnost, houževnatost, odolnost proti únavě, odolnost proti opožděnému lomu a použitelný rozsah použití. Při výběru musí být zvoleny odpovídající druhy materiálů a procesy tepelného zpracování v souladu s třídou zatížení, požadavky na předpětí, provozním prostředím a příslušnými normami, aby byla zajištěna spolehlivost spoje.