GB/T 3098.24-2020: Pengencang Paduan SS & Ni Suhu Tinggi

Pengantar Standar GB/T 3098.24-2020

GB/T 3098.24-2020 menetapkan sifat mekanik baut, sekrup, stud, dan mur yang terbuat dari baja tahan karat dan paduan nikel yang ditujukan untuk penggunaan pada suhu tinggi. Standar ini merupakan bagian dari seri GB/T 3098 yang lebih luas tentang pengencang dan berfokus pada material yang mempertahankan integritas struktural pada suhu tinggi, seperti yang ditemui di industri kedirgantaraan, pembangkit listrik, dan petrokimia. Standar ini memastikan bahwa pengencang tersebut menunjukkan kinerja yang andal dalam hal kekuatan, keuletan, dan ketahanan korosi ketika terpapar suhu yang melebihi kondisi lingkungan sekitar.

Standar ini mengkategorikan material menjadi baja tahan karat martensitik, baja tahan karat pengerasan presipitasi austenitik, dan paduan nikel, yang masing-masing dirancang untuk aplikasi suhu tinggi tertentu. Aspek-aspek kunci meliputi batasan komposisi kimia, rezim perlakuan panas, persyaratan pengujian mekanis, dan pedoman untuk memasangkan baut dengan mur untuk mencegah masalah seperti pengikisan atau korosi. Kepatuhan terhadap standar ini sangat penting bagi para insinyur dan produsen untuk memilih pengencang yang tepat yang mampu menahan tekanan termal, oksidasi, dan deformasi plastis tanpa mengorbankan keselamatan atau fungsionalitas.

Dalam praktiknya, standar ini selaras dengan norma internasional seperti ISO 3506, menyediakan kerangka kerja untuk jaminan kualitas dalam produksi pengikat. Standar ini menekankan pentingnya pemilihan material berdasarkan lingkungan operasi, di mana faktor-faktor seperti ketahanan terhadap deformasi plastis (creep resistance) dan ekspansi termal memainkan peran penting. Misalnya, paduan nikel seperti Alloy 718 lebih disukai karena kekuatan suhu tingginya yang unggul, sementara jenis martensitik menawarkan solusi hemat biaya untuk suhu sedang. Dokumen ini juga merujuk pada lampiran untuk material setara domestik dan pedoman tentang pemilihan baja tahan karat atau paduan nikel sesuai dengan GB/T 3098.25.

Memahami standar ini membutuhkan pengetahuan tentang mekanika pengikat, termasuk perilaku tegangan-regangan pada suhu tinggi. Standar ini mewajibkan pengujian pada kondisi ambien (10°C hingga 35°C) tetapi merekomendasikan evaluasi suhu tinggi tambahan untuk aplikasi kritis. Hal ini memastikan pengikat memenuhi kriteria kekuatan tarik minimum, tegangan luluh, dan perpanjangan, mencegah kegagalan dalam penggunaan. Produsen harus mematuhi perlakuan panas yang ditentukan untuk mencapai struktur mikro yang diinginkan, seperti martensit untuk kekerasan atau austenit untuk keuletan. Secara keseluruhan, GB/T 3098.24-2020 meningkatkan keandalan dalam sistem pengikat suhu tinggi, mengurangi risiko yang terkait dengan degradasi material seiring waktu.

Selain itu, standar ini membahas perlakuan permukaan untuk mengurangi masalah pengikisan, masalah umum pada paduan baja tahan karat dan nikel karena konduktivitas termalnya yang rendah dan koefisien gesekannya yang tinggi. Pelumasan direkomendasikan untuk mencapai hubungan torsi-tegangan yang konsisten, sehingga meningkatkan efisiensi perakitan. Dengan mengoptimalkan komposisi kimia dan pemrosesan, standar ini memfasilitasi produksi pengencang yang berkinerja baik dalam kondisi yang menuntut, berkontribusi pada kemajuan dalam desain teknik dan ilmu material.

Simbol dan Penamaan

Simbol-simbol berikut berlaku untuk dokumen ini, memberikan definisi yang tepat untuk parameter mekanik dan dimensi yang penting dalam mengevaluasi kinerja pengikat. Notasi ini memastikan konsistensi dalam pengujian dan spesifikasi, memungkinkan para insinyur untuk secara akurat menilai sifat-sifat seperti kekuatan dan perpanjangan di bawah beban.

• A: Perpanjangan aktual setelah patahnya pengikat, dalam milimeter (mm).
• A_s,nom: Luas penampang ulir dengan tegangan nominal, dalam milimeter persegi (mm²).
• A_T: Perpanjangan suhu tinggi aktual setelah patahnya pengikat, dalam milimeter (mm).
• BPanjang ulir, dalam milimeter (mm).
• D: Diameter nominal ulir dalam, dalam milimeter (mm).
• D₂: Diameter ulir dasar bagian dalam, dalam milimeter (mm).
• D: Diameter nominal ulir luar, dalam milimeter (mm).
• D_H: Diameter lubang pada alat uji tarik atau alat uji beban bukti mur untuk pengencang ulir eksternal, dalam milimeter (mm).
• D_S: Diameter tangkai tanpa ulir, dalam milimeter (mm).
• D₁: Diameter minor dasar ulir luar, dalam milimeter (mm).
• D₂: Diameter ulir luar dasar, dalam milimeter (mm).
• D₃: Diameter minor ulir luar (untuk perhitungan luas tegangan), dalam milimeter (mm).
• F_mf: Beban tarik maksimum, dalam newton (N).
• F_mf,T: Beban tarik maksimum suhu tinggi, dalam newton (N).
• F_n,T: Beban pengupasan maksimum suhu tinggi untuk mur, dalam newton (N).
• F_PBeban uji untuk kacang, dalam newton (N).
• F_pfBeban aktual pada perpanjangan plastik pengikat 0,2%, dalam newton (N).
• F_pf,T: Beban suhu tinggi aktual pada perpanjangan plastik pengikat 0,2%, dalam newton (N).
• H: Tinggi segitiga asli ulir, dalam milimeter (mm).
• H: Ketebalan perlengkapan uji beban bukti mur, dalam milimeter (mm).
• L₀: Panjang total pengikat sebelum pembebanan, dalam milimeter (mm).
• L₁: Panjang total pengikat setelah patah, dalam milimeter (mm).
• L₂Panjang pegangan sebelum uji tarik, dalam milimeter (mm).
• l: Panjang nominal pengikat ulir luar, dalam milimeter (mm).
• l₁: Panjang total baut, dalam milimeter (mm).
• l_th: Panjang ulir yang tidak terpasang pada alat uji untuk pengikat, dalam milimeter (mm).
• M: Tinggi mur, dalam milimeter (mm).
• P: Jarak antar gigi, dalam milimeter (mm).
• R_mf: Kekuatan tarik sebenarnya dari pengikat, dalam megapaskal (MPa).
• R_mf,T: Kekuatan tarik suhu tinggi sebenarnya dari pengikat, dalam megapaskal (MPa).
• R_n,T: Kekuatan pengupasan maksimum pada suhu tinggi untuk mur, dalam megapaskal (MPa).
• R_pfTegangan aktual pada perpanjangan plastis pengikat sebesar 0,2%, dalam megapaskal (MPa).
• R_pf,T: Tegangan suhu tinggi aktual pada perpanjangan plastis 0,2% dari pengikat, dalam megapaskal (MPa).
• S_PTegangan uji, dalam megapaskal (MPa).

Simbol-simbol ini merupakan bagian integral dari perhitungan dalam pengujian mekanik, seperti menentukan kekuatan tarik (R)._mf = F_mf / A_s,nom) dan tegangan bukti. Mereka memfasilitasi komunikasi yang tepat dalam spesifikasi desain, memastikan pengencang dievaluasi secara konsisten di seluruh fase manufaktur dan aplikasi. Untuk skenario suhu tinggi, simbol seperti R_mf,T dan F_pf,T Memperhitungkan pengaruh termal terhadap perilaku material, seperti penurunan kekuatan luluh akibat suhu tinggi. Penggunaan yang tepat dari penamaan ini mencegah salah tafsir, sehingga meningkatkan keselamatan dalam aplikasi teknik.

Selain itu, pemahaman simbol-simbol ini membantu dalam kepatuhan terhadap standar terkait, di mana parameter dimensi seperti d dan P memengaruhi kekuatan ulir dan distribusi beban. Misalnya, area tegangan nominal A_s,nom dihitung menggunakan rumus yang melibatkan d₂ dan d₃, sangat penting untuk memprediksi mode kegagalan di bawah tegangan.

Sistem Penilaian

Semua baja tahan karat dan paduan nikel yang ditentukan dalam bagian ini termasuk dalam tiga kategori berbeda: baja tahan karat martensitik (CH0, CH1, CH2, V, VH, VW), baja tahan karat pengerasan presipitasi austenitik (SD), dan paduan nikel (SB dan 718). Sistem penandaan ini menyediakan cara standar untuk mengidentifikasi tingkatan material, memastikan ketertelusuran dan pemilihan yang tepat untuk aplikasi suhu tinggi.

Baja martensitik seperti CH0 (misalnya, X20Cr13) ditandai dengan kemampuan pengerasannya melalui perlakuan panas, menawarkan kekuatan yang baik pada suhu sedang. Penamaan V, VH, dan VW menunjukkan berbagai tingkat tegangan luluh, dengan VH membutuhkan R_pf ≥ 700 MPa untuk peningkatan kinerja. Tanda SD austenitik menunjukkan paduan yang dikeraskan dengan pengendapan seperti X6NiCrTiMoVB25-15-2, yang dikenal karena ketahanan korosi dan retensi kekuatan hingga 650°C. Paduan nikel SB (NiCr20TiAl) dan 718 (NiCr19NbMo) ditandai untuk ketahanan mulur yang unggul, ideal untuk suhu hingga 800°C dan 700°C, masing-masing.

Penandaan memastikan kompatibilitas dalam perakitan, mencegah ketidaksesuaian yang dapat menyebabkan kegagalan. Untuk pengencang yang dilumasi, "Lu" ditambahkan (misalnya, SD Lu) untuk menunjukkan perlakuan permukaan guna mengurangi gesekan. Sistem ini selaras dengan standar ISO, memfasilitasi perdagangan global dan kontrol kualitas dalam pembuatan pengencang.

Penandaan terperinci mencakup kode material, status perlakuan panas (misalnya, +QT untuk yang dipadamkan dan ditempa), dan kelas kinerja, memungkinkan verifikasi cepat selama inspeksi. Penandaan yang tepat sangat penting untuk manajemen inventaris dan kepatuhan terhadap peraturan di industri seperti manufaktur turbin.

Bahan dan Proses

Komposisi Kimia

Tabel 1 sampai 3 menetapkan batasan komposisi kimia untuk baja tahan karat dan paduan nikel yang digunakan dalam pengencang. Batasan ini dievaluasi berdasarkan standar nasional yang relevan, dengan standar domestik yang setara di Lampiran A. Kecuali disepakati lain, produsen memilih komposisi dalam kelompok tersebut.

GB/T 3098.25 memberikan pedoman untuk memilih paduan yang sesuai. Komposisi diberikan sebagai fraksi massa (%), dengan nilai maksimum kecuali jika rentang atau nilai minimum dicantumkan.

Komposisi kimia dirancang untuk mengoptimalkan sifat-sifat seperti ketahanan korosi, kekuatan, dan stabilitas suhu tinggi. Misalnya, kandungan Cr yang tinggi dalam baja martensitik meningkatkan ketahanan oksidasi, sementara Nb dalam Paduan 718 menstabilkan terhadap deformasi plastis (creep). Kontrol ketat terhadap unsur-unsur seperti P dan S meminimalkan kerapuhan. Produsen harus memverifikasi komposisi melalui analisis spektroskopi untuk memastikan kepatuhan, karena penyimpangan dapat menyebabkan penurunan kinerja dalam penggunaan. Bagian ini menggarisbawahi pentingnya kemurnian material untuk keandalan jangka panjang di lingkungan suhu tinggi.

Perlakuan Panas

Pengencang yang diproduksi berdasarkan standar ini harus menjalani perlakuan panas untuk mencapai sifat mekanik seperti yang ditentukan dalam Bab 7. Rezim perlakuan panas dirinci dalam Tabel 4, dengan suhu temper minimum untuk baja martensitik dipilih sesuai dengan itu. Waktu penahanan yang tidak ditentukan dipilih oleh produsen, dengan mempertimbangkan sifat yang dibutuhkan dan suhu layanan.

Alur proses: Untuk SD, SB, dan 718, diperlukan perlakuan larutan (AT), sebaiknya setelah pembentukan. Untuk ulir luar berkekuatan tinggi (R_mf ≥1100 MPa), AT dapat dilakukan pada bahan baku berdasarkan kesepakatan. Perlakuan panas untuk pengencang yang dibentuk dingin atau ditempa panas dilakukan setelah pembentukan. Untuk pengencang yang dikerjakan dengan mesin, perlakuan panas dapat dilakukan pada bahan baku atau produk jadi, dengan kemungkinan pembuatan ulir sebelum atau setelah perlakuan.

Perlakuan panas mengoptimalkan struktur mikro untuk mendapatkan sifat yang diinginkan, seperti pengerasan baja martensit atau pengendapan fase pada paduan nikel untuk meningkatkan kekuatan. Perlakuan yang salah dapat menyebabkan kerapuhan atau penurunan ketahanan korosi. Produsen harus memantau suhu dan laju pendinginan untuk mencapai sifat yang seragam, dengan inspeksi pasca-perlakuan untuk memastikan kepatuhan.

Lapisan Permukaan

Kecuali ditentukan lain, pengencang harus dibersihkan dan dipoles. Pelumasan disarankan untuk mencegah pengikisan selama perakitan, terutama pada torsi atau kecepatan tinggi. Faktor-faktor yang meningkatkan risiko pengikisan meliputi kerusakan ulir dan beban awal yang tinggi.

Catatan 1: Parameter seperti kecepatan pengencangan yang tinggi meningkatkan risiko pengikisan. Catatan 2: Tidak ada standar nasional yang menentukan cacat permukaan atau gaya pengencangan torsi untuk paduan ini.

Perlakuan permukaan memberikan torsi-tegangan terkontrol, ditandai dengan “Lu” (misalnya, SD Lu). Persyaratan khusus berdasarkan kesepakatan.

Kualitas permukaan sangat penting untuk kinerja, mengurangi gesekan dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Pemolesan menghilangkan oksida, sementara pelumasan memastikan beban awal yang andal. Dalam penggunaan suhu tinggi, lapisan pelindung harus tahan terhadap degradasi termal.

Desain Pemasangan Baut dan Mur

Baut, sekrup, stud, dan mur harus dipasangkan sesuai Tabel 5. Mur harus sesuai dengan pengencang berkode sama (misalnya, baut CH0 dengan mur CH0). Material yang berbeda dimungkinkan jika berkonsultasi dengan ahli, dengan mempertimbangkan korosi dan pengikisan.

Jika bagian yang dijepit berbeda dari bahan pengikatnya, gunakan isolasi untuk menghindari korosi galvanik.

Pemasangan memastikan distribusi beban dan kompatibilitas, meminimalkan risiko seperti kehilangan daya. Konsultasi ahli sangat penting untuk pemasangan yang tidak standar.

Ketahanan terhadap Lingkungan Suhu Tinggi

Material ini cocok untuk lingkungan di mana kekuatan rambatan menentukan ukuran dan oksidasi terjadi pada suhu tinggi. SD, SB, dan 718 juga tahan terhadap korosi lembap.

Ketahanan terhadap oksidasi dan pembentukan kerak dicapai melalui proses paduan, dengan Cr membentuk oksida pelindung. Ketahanan terhadap deformasi plastis (creep resistance) sangat penting untuk beban jangka panjang pada suhu tinggi.

Dalam aplikasi seperti turbin gas, material ini mempertahankan integritasnya di bawah siklus termal, mencegah kegagalan akibat kelelahan atau kerapuhan.

Suhu Operasi Pengikat

Sifat-sifat pada Bab 7 diuji pada suhu 10°C~35°C. Penggunaan pada suhu tinggi akan mengurangi sifat-sifat tersebut. Suhu maksimum yang direkomendasikan tercantum dalam Tabel 6, tetapi dapat lebih rendah tergantung pada kondisi.

Untuk aplikasi spesifik, lakukan uji tarik suhu tinggi, uji rambatan (creep), atau uji relaksasi sesuai Bab 10, dengan mensimulasikan kondisi perakitan.

Suhu-suhu ini menjadi panduan desain, dengan mempertimbangkan faktor-faktor seperti oksidasi dan deformasi permanen. Pengujian memastikan kinerja dalam penggunaan sebenarnya.

Sifat Mekanis Pengencang

Baut, Sekrup, dan Stud

Saat diuji sesuai Bab 9, sifat mekanik pada suhu ruangan harus memenuhi Tabel 7-11, yang berlaku selama proses manufaktur atau pada produk jadi.

Sifat-sifat ini memastikan pengencang mampu menahan beban tarik tanpa deformasi berlebihan. Misalnya, nilai R yang tinggi._mf dalam 718 setelan untuk aplikasi yang menuntut. Rentang kekerasan mencegah kerapuhan sekaligus mempertahankan kekuatan.

Gila

Sifat mekanis untuk mur ditentukan dengan cara yang serupa, dengan fokus pada beban uji dan kekuatan pengelupasan pada suhu tinggi. Sifat-sifat ini harus sesuai dengan sifat baut untuk menghindari titik lemah dalam perakitan.

Metode Pengujian

Pengujian per Bab 9 mencakup uji tarik untuk R._mf dan R_pf, pengukuran kekerasan, dan evaluasi suhu tinggi sesuai Bab 10 untuk creep dan relaksasi. Metode ini memastikan penilaian sifat yang akurat dalam kondisi simulasi.