GB/T 3098.24-2020: Pengikat Aloi SS & Ni Suhu Tinggi

Pengenalan kepada Piawaian GB/T 3098.24-2020

GB/T 3098.24-2020 menyatakan sifat mekanikal bolt, skru, stud dan nat yang diperbuat daripada keluli tahan karat dan aloi nikel yang bertujuan untuk perkhidmatan suhu tinggi. Piawaian ini merupakan sebahagian daripada siri GB/T 3098 yang lebih luas mengenai pengikat dan memberi tumpuan kepada bahan yang mengekalkan integriti struktur di bawah suhu tinggi, seperti yang ditemui dalam industri aeroangkasa, penjanaan kuasa dan petrokimia. Ia memastikan bahawa pengikat ini mempamerkan prestasi yang boleh dipercayai dari segi kekuatan, kemuluran dan rintangan kakisan apabila terdedah kepada suhu yang melebihi keadaan ambien.

Piawaian ini mengkategorikan bahan kepada keluli tahan karat martensitik, keluli tahan karat pengerasan pemendakan austenit dan aloi nikel, setiap satunya disesuaikan untuk aplikasi suhu tinggi tertentu. Aspek utama termasuk had komposisi kimia, rejim rawatan haba, keperluan ujian mekanikal dan garis panduan untuk memasangkan bolt dengan nat bagi mengelakkan masalah seperti pedih atau kakisan. Pematuhan dengan piawaian ini adalah penting bagi jurutera dan pengeluar untuk memilih pengikat yang sesuai yang menahan tekanan haba, pengoksidaan dan rayapan tanpa menjejaskan keselamatan atau fungsi.

Dalam praktiknya, piawaian ini sejajar dengan norma antarabangsa seperti ISO 3506, yang menyediakan rangka kerja untuk jaminan kualiti dalam pengeluaran pengikat. Ia menekankan kepentingan pemilihan bahan berdasarkan persekitaran operasi, di mana faktor seperti rintangan rayapan dan pengembangan haba memainkan peranan penting. Contohnya, aloi nikel seperti Aloi 718 lebih disukai kerana kekuatan suhu tingginya yang unggul, manakala gred martensitik menawarkan penyelesaian yang kos efektif untuk suhu sederhana. Dokumen ini juga merujuk lampiran untuk bahan setara domestik dan garis panduan tentang memilih keluli tahan karat atau aloi nikel mengikut GB/T 3098.25.

Memahami piawaian ini memerlukan pengetahuan tentang mekanik pengikat, termasuk tingkah laku tegasan-terikan pada suhu tinggi. Ia mewajibkan pengujian pada keadaan ambien (10°C hingga 35°C) tetapi mengesyorkan penilaian suhu tinggi tambahan untuk aplikasi kritikal. Ini memastikan pengikat memenuhi kekuatan tegangan minimum, tegasan bukti dan kriteria pemanjangan, mencegah kegagalan dalam perkhidmatan. Pengilang mesti mematuhi rawatan haba tertentu untuk mencapai mikrostruktur yang diingini, seperti martensit untuk kekerasan atau austenit untuk kemuluran. Secara keseluruhan, GB/T 3098.24-2020 menggalakkan kebolehpercayaan dalam sistem pengikat suhu tinggi, mengurangkan risiko yang berkaitan dengan degradasi bahan dari semasa ke semasa.

Tambahan pula, piawaian ini menangani rawatan permukaan untuk mengurangkan rasa pedih, isu biasa dengan aloi keluli tahan karat dan nikel disebabkan oleh kekonduksian terma yang rendah dan pekali geseran yang tinggi. Pelinciran disyorkan untuk mencapai hubungan tork-tegangan yang konsisten, meningkatkan kecekapan pemasangan. Dengan mengoptimumkan komposisi dan pemprosesan kimia, piawaian ini memudahkan pengeluaran pengikat yang berfungsi dalam keadaan yang mencabar, menyumbang kepada kemajuan dalam reka bentuk kejuruteraan dan sains bahan.

Simbol dan Sebutan

Simbol-simbol berikut terpakai pada dokumen ini, memberikan definisi yang tepat untuk parameter mekanikal dan dimensi yang penting dalam menilai prestasi pengikat. Notasi ini memastikan konsistensi dalam pengujian dan spesifikasi, membolehkan jurutera menilai dengan tepat sifat seperti kekuatan dan pemanjangan di bawah beban.

• A: Pemanjangan sebenar selepas patah pengikat, dalam milimeter (mm).
• A_s,nama: Luas keratan rentas tegasan nominal bagi benang, dalam milimeter persegi (mm²).
• A_T: Pemanjangan suhu tinggi sebenar selepas patah pengikat, dalam milimeter (mm).
• bPanjang benang, dalam milimeter (mm).
• D: Diameter nominal benang dalaman, dalam milimeter (mm).
• D₂: Diameter pic asas benang dalaman, dalam milimeter (mm).
• d: Diameter nominal benang luaran, dalam milimeter (mm).
• d_h: Diameter lubang dalam lekapan ujian tegangan atau lekapan ujian beban kalis nat untuk pengikat ulir luaran, dalam milimeter (mm).
• d_s: Diameter aci tanpa benang, dalam milimeter (mm).
• d₁: Diameter minor asas benang luaran, dalam milimeter (mm).
• d₂: Diameter pic asas benang luaran, dalam milimeter (mm).
• d₃: Diameter kecil ulir luaran (untuk pengiraan luas tegasan), dalam milimeter (mm).
• F_mf: Beban tegangan muktamad, dalam newton (N).
• F_mf,T: Beban tegangan muktamad suhu tinggi, dalam newton (N).
• F_n,T: Beban pelucutan muktamad suhu tinggi untuk nat, dalam newton (N).
• F_p: Beban bukti untuk nat, dalam newton (N).
• F_pf: Beban sebenar pada 0.2% sambungan plastik pengikat, dalam newton (N).
• F_pf,T: Beban suhu tinggi sebenar pada 0.2% sambungan plastik pengikat, dalam newton (N).
• H: Ketinggian asal benang segi tiga, dalam milimeter (mm).
• h: Ketebalan lekapan ujian beban kalis nat, dalam milimeter (mm).
• L₀: Jumlah panjang pengikat sebelum pemuatan, dalam milimeter (mm).
• L₁: Jumlah panjang pengikat selepas patah, dalam milimeter (mm).
• L₂Panjang cengkaman sebelum ujian tegangan, dalam milimeter (mm).
• l: Panjang nominal pengikat benang luaran, dalam milimeter (mm).
• l₁: Jumlah panjang stud, dalam milimeter (mm).
• l_ke-: Panjang benang yang tidak tersangkut dalam lekapan ujian untuk pengikat, dalam milimeter (mm).
• m: Tinggi nat, dalam milimeter (mm).
• P: Pitch, dalam milimeter (mm).
• R_mfKekuatan tegangan sebenar pengikat, dalam megapascal (MPa).
• R_mf,TKekuatan tegangan suhu tinggi sebenar pengikat, dalam megapascal (MPa).
• R_n,T: Kekuatan pelucutan muktamad suhu tinggi untuk nat, dalam megapascal (MPa).
• R_pfTegasan sebenar pada 0.2% sambungan plastik pengikat, dalam megapascal (MPa).
• R_pf,TTegasan suhu tinggi sebenar pada pemanjangan plastik 0.2% pengikat, dalam megapascal (MPa).
• S_p: Tegasan bukti, dalam megapascal (MPa).

Simbol-simbol ini adalah penting untuk pengiraan dalam ujian mekanikal, seperti menentukan kekuatan tegangan (R_mf = F_mf / A_s,nama) dan tegasan bukti. Ia memudahkan komunikasi yang tepat dalam spesifikasi reka bentuk, memastikan pengikat dinilai secara konsisten merentasi fasa pembuatan dan aplikasi. Untuk senario suhu tinggi, simbol seperti R_mf,T dan F_pf,T mengambil kira kesan terma pada sifat bahan, seperti kekuatan alah yang berkurangan disebabkan oleh suhu yang tinggi. Penggunaan sebutan ini dengan betul dapat mencegah salah tafsir, seterusnya meningkatkan keselamatan dalam aplikasi kejuruteraan.

Di samping itu, memahami simbol-simbol ini membantu dalam pematuhan dengan piawaian berkaitan, di mana parameter dimensi seperti d dan P mempengaruhi kekuatan benang dan pengagihan beban. Contohnya, luas tegasan nominal A_s,nama dikira menggunakan formula yang melibatkan d₂ dan d₃, penting untuk meramalkan mod kegagalan di bawah tegangan.

Sistem Penandaan

Semua keluli tahan karat dan aloi nikel yang dinyatakan dalam bahagian ini terbahagi kepada tiga kategori berbeza: keluli tahan karat martensitik (CH0, CH1, CH2, V, VH, VW), keluli tahan karat pengerasan pemendakan austenit (SD) dan aloi nikel (SB dan 718). Sistem penandaan ini menyediakan cara piawai untuk mengenal pasti gred bahan, memastikan kebolehkesanan dan pemilihan yang sesuai untuk aplikasi suhu tinggi.

Gred martensitik seperti CH0 (contohnya, X20Cr13) ditandakan kerana kebolehkerasannya melalui rawatan haba, menawarkan kekuatan yang baik pada suhu sederhana. Penandaan V, VH dan VW menunjukkan tahap tegasan bukti yang berbeza-beza, dengan VH memerlukan R_pf ≥ 700 MPa untuk prestasi yang dipertingkatkan. Tanda SD Austenit menandakan aloi yang dikeraskan dengan pemendakan seperti X6NiCrTiMoVB25-15-2, yang dikenali kerana rintangan kakisan dan pengekalan kekuatan sehingga 650°C. Aloi nikel SB (NiCr20TiAl) dan 718 (NiCr19NbMo) ditanda untuk rintangan rayapan yang unggul, sesuai untuk suhu sehingga 800°C dan 700°C, masing-masing.

Penandaan memastikan keserasian dalam pemasangan, mencegah ketidakpadanan yang boleh menyebabkan kegagalan. Bagi pengikat yang dilincirkan, "Lu" dilampirkan (contohnya, SD Lu) untuk menunjukkan rawatan permukaan bagi mengurangkan kekasaran. Sistem ini sejajar dengan piawaian ISO, memudahkan perdagangan global dan kawalan kualiti dalam pembuatan pengikat.

Penandaan terperinci merangkumi kod bahan, keadaan rawatan haba (contohnya, +QT untuk pelindapkejutan dan pembajaan), dan kelas prestasi, yang membolehkan pengesahan pantas semasa pemeriksaan. Penandaan yang betul adalah penting untuk pengurusan inventori dan pematuhan peraturan dalam industri seperti pembuatan turbin.

Bahan dan Pemprosesan

Komposisi Kimia

Jadual 1 hingga 3 menyatakan had komposisi kimia untuk keluli tahan karat dan aloi nikel yang digunakan dalam pengikat. Had ini dinilai mengikut piawaian kebangsaan yang berkaitan, dengan setara domestik dalam Lampiran A. Melainkan dipersetujui sebaliknya, pengilang memilih komposisi dalam kumpulan tersebut.

GB/T 3098.25 menyediakan garis panduan untuk memilih aloi yang sesuai. Komposisi diberikan sebagai pecahan jisim (%), dengan nilai maksimum melainkan julat atau minima dinyatakan.

Komposisi kimia direka bentuk untuk mengoptimumkan sifat seperti rintangan kakisan, kekuatan dan kestabilan suhu tinggi. Contohnya, kandungan Cr yang tinggi dalam keluli martensitik meningkatkan rintangan pengoksidaan, manakala Nb dalam Aloi 718 menstabilkan terhadap rayapan. Kawalan ketat unsur seperti P dan S meminimumkan kerapuhan. Pengilang mesti mengesahkan komposisi melalui analisis spektroskopi untuk memastikan pematuhan, kerana sisihan boleh menyebabkan prestasi perkhidmatan yang berkurangan. Bahagian ini menggariskan kepentingan ketulenan bahan untuk kebolehpercayaan jangka panjang dalam persekitaran suhu tinggi.

Rawatan Haba

Pengikat yang dikeluarkan di bawah piawaian ini mesti menjalani rawatan haba untuk mencapai sifat mekanikal seperti yang dinyatakan dalam Bab 7. Rejim rawatan haba diperincikan dalam Jadual 4, dengan suhu pembajaan minimum untuk keluli martensitik dipilih dengan sewajarnya. Masa pegangan yang tidak dinyatakan dipilih oleh pengilang, dengan mengambil kira sifat yang diperlukan dan suhu perkhidmatan.

Aliran proses: Untuk SD, SB dan 718, rawatan larutan (AT) diperlukan, sebaik-baiknya selepas pembentukan. Untuk benang luaran berkekuatan tinggi (R_mf ≥1100 MPa), AT mungkin pada bahan mentah melalui perjanjian. Rawatan haba untuk pengikat kepala sejuk atau tempa panas berlaku selepas pembentukan. Untuk pengikat mesin, ia boleh dilakukan pada bahan mentah atau produk siap, dengan penguliran mungkin dilakukan sebelum atau selepas rawatan.

Rawatan haba mengoptimumkan mikrostruktur untuk sifat yang diingini, seperti pengerasan keluli martensitik atau fasa pemendakan dalam aloi nikel untuk kekuatan. Rawatan yang salah boleh menyebabkan kerapuhan atau rintangan kakisan yang berkurangan. Pengilang mesti memantau suhu dan kadar penyejukan untuk mencapai sifat yang seragam, dengan pemeriksaan selepas rawatan memastikan pematuhan.

Kemasan Permukaan

Melainkan dinyatakan sebaliknya, pengikat hendaklah dibersihkan dan digilap. Pelinciran disyorkan untuk mengelakkan kerengsaan semasa pemasangan, terutamanya di bawah tork atau kelajuan tinggi. Faktor yang meningkatkan risiko kerengsaan termasuk kerosakan ulir dan pramuatan yang tinggi.

Nota 1: Parameter seperti kelajuan pengetatan yang tinggi meningkatkan risiko penggilapan. Nota 2: Tiada piawaian kebangsaan yang menyatakan kecacatan permukaan atau daya pengapit tork untuk aloi ini.

Rawatan permukaan memberikan tegangan tork terkawal, ditanda dengan "Lu" (cth., SD Lu). Keperluan khas melalui perjanjian.

Kemasan permukaan adalah penting untuk prestasi, mengurangkan geseran dan meningkatkan rintangan kakisan. Penggilapan menyingkirkan oksida, manakala pelinciran memastikan pramuat yang boleh dipercayai. Dalam servis suhu tinggi, salutan mesti menahan degradasi haba.

Reka Bentuk Gandingan Bolt dan Nat

Bolt, skru, stud dan nat hendaklah dipasangkan mengikut Jadual 5. Nat sepadan dengan pengikat kod yang sama (cth., bolt CH0 dengan nat CH0). Bahan yang berbeza mungkin jika berunding dengan pakar, dengan mengambil kira kakisan dan kekasaran.

Apabila bahagian yang diapit berbeza daripada bahan pengikat, gunakan pengasingan untuk mengelakkan kakisan galvanik.

Penggandingan memastikan pengagihan beban dan keserasian, meminimumkan risiko seperti pelucutan. Rundingan pakar adalah kunci untuk pasangan bukan standard.

Rintangan Persekitaran Suhu Tinggi

Bahan sesuai untuk persekitaran di mana kekuatan rayapan menentukan saiz dan pengoksidaan berlaku pada suhu tinggi. SD, SB dan 718 juga tahan kakisan lembap.

Rintangan terhadap pengoksidaan dan penskalaan dicapai melalui pengaloian, dengan Cr membentuk oksida pelindung. Rintangan rayapan adalah penting untuk beban jangka panjang pada suhu tinggi.

Dalam aplikasi seperti turbin gas, bahan-bahan ini mengekalkan integriti di bawah kitaran haba, mencegah kegagalan daripada keletihan atau kerapuhan.

Suhu Operasi Pengikat

Ciri-ciri Bab 7 diuji pada suhu 10°C~35°C. Penggunaan suhu tinggi mengurangkan ciri-ciri. Suhu maksimum yang disyorkan dalam Jadual 6, tetapi mungkin lebih rendah berdasarkan keadaan.

Untuk aplikasi tertentu, jalankan ujian tegangan, rayapan atau pengenduran suhu tinggi mengikut Bab 10, simulasikan keadaan pemasangan.

Suhu ini membimbing reka bentuk, dengan mengambil kira faktor seperti pengoksidaan dan rayapan. Pengujian memastikan prestasi dalam perkhidmatan sebenar.

Sifat Mekanikal Pengikat

Bolt, Skru dan Stud

Apabila diuji mengikut Bab 9, sifat mekanikal pada suhu ambien hendaklah memenuhi Jadual 7-11, yang berkenaan semasa pembuatan atau pada produk siap.

Ciri-ciri ini memastikan pengikat menahan beban tegangan tanpa ubah bentuk yang berlebihan. Contohnya, R yang tinggi_mf dalam 718 sesuai dengan aplikasi yang mencabar. Julat kekerasan menghalang kerapuhan sambil mengekalkan kekuatan.

Kacang

Sifat mekanikal untuk nat dinyatakan dengan cara yang sama, dengan memberi tumpuan kepada beban bukti dan kekuatan pelucutan pada suhu tinggi. Ia mesti sepadan dengan sifat bolt untuk mengelakkan pautan lemah dalam pemasangan.

Kaedah Pengujian

Pengujian setiap Bab 9 merangkumi ujian tegangan untuk R_mf dan R_pf, ukuran kekerasan dan penilaian suhu tinggi setiap Bab 10 untuk rayapan dan pengenduran. Kaedah memastikan penilaian sifat yang tepat di bawah keadaan simulasi.