Wprowadzenie do normy GB/T 3098.24-2020
Norma GB/T 3098.24-2020 określa właściwości mechaniczne śrub, wkrętów, kołków i nakrętek wykonanych ze stali nierdzewnej i stopów niklu przeznaczonych do pracy w wysokich temperaturach. Norma ta jest częścią szerszej serii GB/T 3098 dotyczącej elementów złącznych i koncentruje się na materiałach, które zachowują integralność strukturalną w wysokich temperaturach, takich jak te stosowane w przemyśle lotniczym, energetycznym i petrochemicznym. Gwarantuje ona, że te elementy złączne charakteryzują się niezawodną wytrzymałością, ciągliwością i odpornością na korozję w temperaturach przekraczających warunki otoczenia.
Norma dzieli materiały na martenzytyczne stale nierdzewne, austenityczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo oraz stopy niklu, z których każdy jest dostosowany do konkretnych zastosowań wysokotemperaturowych. Kluczowe aspekty obejmują limity składu chemicznego, warunki obróbki cieplnej, wymagania dotyczące badań mechanicznych oraz wytyczne dotyczące dobierania śrub i nakrętek w celu zapobiegania problemom takim jak zacieranie czy korozja. Zgodność z tą normą ma kluczowe znaczenie dla inżynierów i producentów, którzy mogą dobrać odpowiednie elementy złączne, odporne na naprężenia cieplne, utlenianie i pełzanie, bez uszczerbku dla bezpieczeństwa i funkcjonalności.
W praktyce norma ta jest zgodna z normami międzynarodowymi, takimi jak ISO 3506, stanowiąc podstawę zapewnienia jakości w produkcji elementów złącznych. Podkreśla ona wagę doboru materiałów w oparciu o warunki pracy, w których czynniki takie jak odporność na pełzanie i rozszerzalność cieplna odgrywają kluczową rolę. Na przykład stopy niklu, takie jak Alloy 718, są preferowane ze względu na ich doskonałą wytrzymałość w wysokich temperaturach, natomiast gatunki martenzytyczne oferują ekonomiczne rozwiązania w umiarkowanych temperaturach. Dokument zawiera również odniesienia do załączników dotyczących krajowych odpowiedników materiałowych oraz wytycznych dotyczących doboru stali nierdzewnych lub stopów niklu zgodnie z normą GB/T 3098.25.
Zrozumienie tej normy wymaga znajomości mechaniki elementów złącznych, w tym charakterystyki naprężenie-odkształcenie w wysokich temperaturach. Norma nakazuje przeprowadzanie badań w warunkach otoczenia (od 10°C do 35°C), ale zaleca dodatkowe badania w wysokich temperaturach w przypadku zastosowań krytycznych. Gwarantuje to, że elementy złączne spełniają minimalne kryteria wytrzymałości na rozciąganie, granicy plastyczności i wydłużenia, zapobiegając awariom podczas eksploatacji. Producenci muszą przestrzegać określonych procedur obróbki cieplnej, aby uzyskać pożądane mikrostruktury, takie jak martenzyt dla twardości lub austenit dla ciągliwości. Ogólnie rzecz biorąc, norma GB/T 3098.24-2020 promuje niezawodność systemów mocujących pracujących w wysokich temperaturach, zmniejszając ryzyko związane z degradacją materiału z upływem czasu.
Ponadto norma dotyczy obróbki powierzchni w celu ograniczenia zatarć, częstego problemu w przypadku stopów stali nierdzewnej i niklu ze względu na ich niską przewodność cieplną i wysokie współczynniki tarcia. Zaleca się stosowanie smaru w celu uzyskania spójnej relacji momentu obrotowego do naprężenia, co zwiększa wydajność montażu. Poprzez optymalizację składu chemicznego i procesu obróbki, norma ta ułatwia produkcję elementów złącznych, które sprawdzają się w trudnych warunkach, przyczyniając się do postępu w projektowaniu inżynierskim i materiałoznawstwie.
Symbole i oznaczenia
Poniższe symbole odnoszą się do niniejszego dokumentu, zapewniając precyzyjne definicje parametrów mechanicznych i wymiarowych niezbędnych do oceny wydajności elementów złącznych. Oznaczenia te zapewniają spójność badań i specyfikacji, umożliwiając inżynierom dokładną ocenę właściwości, takich jak wytrzymałość i wydłużenie pod obciążeniem.
- A: Rzeczywiste wydłużenie po zerwaniu elementu mocującego, w milimetrach (mm).
- As,nom:Nominalna powierzchnia przekroju poprzecznego naprężenia gwintu, w milimetrach kwadratowych (mm²).
- AT: Rzeczywiste wydłużenie w wysokiej temperaturze po zerwaniu elementu złącznego, w milimetrach (mm).
- B: Długość gwintu w milimetrach (mm).
- D: Średnica nominalna gwintu wewnętrznego w milimetrach (mm).
- D2:Podstawowa średnica podziałowa gwintu wewnętrznego w milimetrach (mm).
- D: Średnica nominalna gwintu zewnętrznego w milimetrach (mm).
- DH:Średnica otworu w przyrządzie do badania wytrzymałości na rozciąganie lub przyrządzie do badania obciążenia nakrętki dla elementów złącznych z gwintem zewnętrznym, w milimetrach (mm).
- DS: Średnica trzpienia bez gwintu, w milimetrach (mm).
- D1:Podstawowa średnica mniejsza gwintu zewnętrznego, w milimetrach (mm).
- D2:Podstawowa średnica podziałowa gwintu zewnętrznego w milimetrach (mm).
- D3: Średnica mniejsza gwintu zewnętrznego (do obliczenia powierzchni naprężenia), w milimetrach (mm).
- Fmf:Granica wytrzymałości na rozciąganie w niutonach (N).
- Fmf,T:Wytrzymałość na rozciąganie w wysokiej temperaturze, w niutonach (N).
- Fn,T:Wysokotemperaturowe maksymalne obciążenie zrywające nakrętek, w niutonach (N).
- FP:Obciążenie próbne nakrętek w niutonach (N).
- Fpf: Rzeczywiste obciążenie przy plastycznym wydłużeniu łącznika wynoszącym 0,2%, w niutonach (N).
- Fpf,T: Rzeczywiste obciążenie wysokotemperaturowe przy wydłużeniu plastycznym łącznika wynoszącym 0,2%, w niutonach (N).
- H:Oryginalna wysokość trójkąta gwintu w milimetrach (mm).
- H: Grubość przyrządu do badania obciążenia nakrętki, w milimetrach (mm).
- L0:Całkowita długość elementu złącznego przed obciążeniem, w milimetrach (mm).
- L1:Całkowita długość elementu złącznego po zerwaniu, w milimetrach (mm).
- L2: Długość chwytu przed próbą rozciągania, w milimetrach (mm).
- ja:Nominalna długość zewnętrznego gwintu łącznika, w milimetrach (mm).
- ja1:Całkowita długość kołka w milimetrach (mm).
- jaten:Długość nieskręconego gwintu w przyrządzie pomiarowym dla elementu złącznego, w milimetrach (mm).
- M:Wysokość nakrętki w milimetrach (mm).
- P:Podziałka w milimetrach (mm).
- Rmf:Rzeczywista wytrzymałość na rozciąganie elementu złącznego, w megapaskalach (MPa).
- Rmf,T:Rzeczywista wytrzymałość na rozciąganie elementu złącznego w wysokiej temperaturze, w megapaskalach (MPa).
- Rn,T:Wytrzymałość na zrywanie nakrętek w wysokiej temperaturze, w megapaskalach (MPa).
- Rpf: Rzeczywiste naprężenie przy wydłużeniu plastycznym łącznika o 0,2%, w megapaskalach (MPa).
- Rpf,T: Rzeczywiste naprężenie w wysokiej temperaturze przy wydłużeniu plastycznym elementu złącznego o 0,2%, w megapaskalach (MPa).
- SP: Naprężenie graniczne w megapaskalach (MPa).
Symbole te są integralną częścią obliczeń w testach mechanicznych, takich jak określanie wytrzymałości na rozciąganie (Rmf = Fmf / As,nom) i naprężenia granicznego. Ułatwiają precyzyjną komunikację w specyfikacjach projektowych, zapewniając spójną ocenę elementów złącznych na wszystkich etapach produkcji i użytkowania. W przypadku scenariuszy wysokich temperatur symbole takie jak Rmf,T i F.pf,T Uwzględniają one wpływ temperatury na zachowanie materiału, taki jak obniżona granica plastyczności spowodowana podwyższoną temperaturą. Prawidłowe stosowanie tych oznaczeń zapobiega błędnej interpretacji, zwiększając bezpieczeństwo w zastosowaniach inżynieryjnych.
Ponadto zrozumienie tych symboli pomaga w przestrzeganiu powiązanych norm, w których parametry wymiarowe, takie jak d i P, wpływają na wytrzymałość gwintu i rozkład obciążeń. Na przykład nominalna powierzchnia naprężeń As,nom oblicza się za pomocą wzorów obejmujących d2 i d3, ma kluczowe znaczenie dla przewidywania trybów awarii pod wpływem naprężeń.
System znakowania
Wszystkie stale nierdzewne i stopy niklu określone w niniejszej części dzielą się na trzy odrębne kategorie: stale nierdzewne martenzytyczne (CH0, CH1, CH2, V, VH, VW), austenityczne stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo (SD) oraz stopy niklu (SB i 718). Ten system znakowania zapewnia ujednolicony sposób identyfikacji gatunków materiałów, gwarantując ich identyfikowalność i odpowiedni dobór do zastosowań wysokotemperaturowych.
Gatunki martenzytyczne, takie jak CH0 (np. X20Cr13), charakteryzują się hartownością poprzez obróbkę cieplną, zapewniając dobrą wytrzymałość w umiarkowanych temperaturach. Oznaczenia V, VH i VW wskazują na różne poziomy naprężenia granicznego, przy czym VH wymaga R.pf ≥ 700 MPa dla lepszej wydajności. Austenityczne oznaczenia SD oznaczają stopy utwardzane wydzieleniowo, takie jak X6NiCrTiMoVB25-15-2, znane ze swojej odporności na korozję i zachowania wytrzymałości do 650°C. Stopy niklu SB (NiCr20TiAl) i 718 (NiCr19NbMo) charakteryzują się doskonałą odpornością na pełzanie, idealną do temperatur odpowiednio do 800°C i 700°C.
Oznaczenia zapewniają kompatybilność zespołów, zapobiegając niedopasowaniom, które mogłyby prowadzić do awarii. W przypadku smarowanych elementów złącznych dodawany jest symbol „Lu” (np. SD Lu), wskazujący na sposób obróbki powierzchni w celu zmniejszenia zatarć. System ten jest zgodny z normami ISO, ułatwiając globalny handel i kontrolę jakości w produkcji elementów złącznych.
Szczegółowe oznakowanie obejmuje kod materiału, stan obróbki cieplnej (np. +QT dla hartowania i odpuszczania) oraz klasę wydajności, co umożliwia szybką weryfikację podczas kontroli. Prawidłowe oznakowanie jest niezbędne do zarządzania zapasami i zgodności z przepisami w branżach takich jak produkcja turbin.
Materiały i przetwarzanie
Skład chemiczny
Tabele od 1 do 3 określają limity składu chemicznego stali nierdzewnych i stopów niklu stosowanych w elementach złącznych. Limity te są oceniane zgodnie z odpowiednimi normami krajowymi, których krajowe odpowiedniki znajdują się w Załączniku A. O ile nie uzgodniono inaczej, producent wybiera skład w ramach danej grupy.
Norma GB/T 3098.25 zawiera wytyczne dotyczące doboru odpowiednich stopów. Składy podano jako ułamki masowe (%) z wartościami maksymalnymi, chyba że podano zakresy lub minima.
Tabela 1: Skład chemiczny stali nierdzewnych martenzytycznych na elementy złączne
| Kategoria materiału | Kod zapięcia | Klasa materiału ISOA | Informacje referencyjneB | Skład chemiczny (ułamek masowy)/% | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kod | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Fe | Inne elementy | |||
| Stal nierdzewna martenzytyczna | CH0 | X20Cr13 | 4021-420-00-1 | 0.16~0.25 | 1 | 1.5 | 0.04 | 0.030C | 12.0~14.0 | / | / | Balansować | / |
| X20Cr13 | 1.4021* | 0.16~0.25 | 1 | 1.5 | 0.04 | 0.030C | 12.0~14.0 | / | / | / | |||
| CH1 | X30Cr13 | 4028-420-00-1 | 0.26~0.35 | 1 | 1.5 | 0.04 | 0.030C | 12.0~14.0 | / | / | / | ||
| X30Cr13 | 1.4028* | 0.26~0.35 | 1 | 1.5 | 0.04 | 0.030C | 12.0~14.0 | / | / | / | |||
| CH2 | X17CrNi16-2 | 4057-431-00-X | 0.12~0.22 | 1 | 1.5 | 0.04 | 0.03 | 15.0~17.0 | / | 1.50~2.50 | / | ||
| X17CrNi16-2 | 1.4057* | 0.12~0.22 | 1 | 1.5 | 0.04 | 0.03 | 15.0~17.0 | / | 1.50~2.50 | / | |||
| V/VHD | X22CrMoV12-1 | 4923-422-77-E | 0.18~0.24 | 0.5 | 0.40~0.90 | 0.025 | 0.015 | 11.0~12.5 | 0.80~1.20 | 0.30~0.80 | / | ||
| X22CrMoV12-1 | 1.4923** | 0.18~0.24 | 0.5 | 0.40~0.90 | 0.025 | 0.015 | 11.0~12.5 | 0.80~1.20 | 0.30~0.80 | V:0,25~0,35 | |||
| VW | X19CrMoNbVN11-1 | 1.4913*** | 0.17~0.23 | 0.5 | 0.40~0.90 | 0.025 | 0.015 | 10.0~11.5 | 0.50~0.80 | 0.20~0.60 | V:0,10~0,30 | ||
| Liczba: 0,25~0,55 | |||||||||||||
| B:0,0015 | |||||||||||||
| Al:0,020 | |||||||||||||
| N:0,05~0,10 | |||||||||||||
Uwaga: Wartości są maksymalne, chyba że określono zakresy lub minima. A Zgodnie z normą ISO/TS 4949. B * z EN 10088-3; *** z EN 10269; inne z ISO 15510. C Zakres zawartości siarki 0,015%~0,030% zapewniający lepszą obrabialność. D V jak Rpf ≥600 MPa, VH dla ≥700 MPa.
Tabela 2: Skład chemiczny stali nierdzewnych austenitycznych utwardzanych wydzieleniowo na elementy złączne
| Kategoria materiału | Kod zapięcia | Klasa materiału ISOA | Informacje referencyjneB | Skład chemiczny (ułamek masowy)/% | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Fe | Inne elementy | ||||
| Stal nierdzewna austenityczna utwardzana wydzieleniowo | SDD | X6NiCrTiMoVB25-15-2 | 4980-662-86-X | 0.08C | 1 | 2 | 0.04 | 0.03 | 13.5~16.0 | 1.00~1.50 | 24.0~27.0 | Balansować | Ti:1,90~2,35 |
| Al:0,35 | |||||||||||||
| V:0,10~0,50 | |||||||||||||
| B:0,001~0,010 | |||||||||||||
| X6NiCrTiMoVB25-15-2 | 1.4980*** | 0.03~0.08 | 1 | 1.00~2.00 | 0.025 | 0.015 | 13.5~16.0 | 1.00~1.50 | 24.0~27.0 | Ti:1,90~2,35 | |||
| Al:0,35 | |||||||||||||
| V:0,10~0,50 | |||||||||||||
| B:0,001~0,010 | |||||||||||||
| X6NiCrTiMoVB25-15-2 | Stop 660 S66286** | 0.08C | 1 | 2 | 0.04 | 0.03 | 13.5~16.0 | 1.00~1.50 | 24.0~27.0 | Ti:1,90~2,35 | |||
| Al:0,35 | |||||||||||||
| V:0,10~0,50 | |||||||||||||
| B:0,001~0,010 | |||||||||||||
Uwaga: Wartości są maksymalne, chyba że określono zakresy lub minima. A Zgodnie z normą ISO/TS 4949. B ** z UNS; *** z EN 10269; inne z ISO 15510. C Minimum C dla zastosowań specjalnych. D W celu uzyskania lepszej wydajności zaleca się zastosowanie wtórnego topienia.
Tabela 3: Skład chemiczny stopów niklu stosowanych w elementach złącznych
| Kategoria materiału | Kod zapięcia | Klasa materiału ISOA | Informacje referencyjneB | Skład chemiczny (ułamek masowy)/% | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Fe | Inne elementy | ||||
| Stop niklu | SBD | NiCr20TiAl | Stop 80A N07080** | 0.10C | 1 | 1 | 0.045 | 0.015 | 18.0~21.0 | / | Balansować | 3 | Ti:1,80~2,7 |
| Al:1,0~1,8 | |||||||||||||
| Współczynnik 2.0 | |||||||||||||
| Cu:0,2 | |||||||||||||
| B:0,008 | |||||||||||||
| NiCr20TiAl | 2.4952*** | 0.04~0.10C | 1 | 1 | 0.02 | 0.015 | 18.0~21.0 | / | ≥65,0 | 1.5 | Ti:1,80~2,7 | ||
| Al:1,0~1,8 | |||||||||||||
| Współczynnik: 1.0 | |||||||||||||
| Cu:0,2 | |||||||||||||
| B:0,008 | |||||||||||||
| 718D | NiCr19NbMo | Stop 718 N07718** | 0.08C | 0.35 | 0.35 | 0.015 | 0.015 | 17.0~21.0 | 2.80~3.30 | 50.0~55.0 | Balansować | Numer: 4,75~5,50 | |
| Ti:0,65~1,15 | |||||||||||||
| Al:0,2~0,8 | |||||||||||||
| Współczynnik: 1.0 | |||||||||||||
| Cu:0,3 | |||||||||||||
| B:0,006 | |||||||||||||
| NiCr19NbMo | 2.4668** | 0.02~0.08C | 0.35 | 0.35 | 0.015 | 0.015 | 17.0~21.0 | 2.80~3.30 | 50.0~55.0 | Numer: 4,75~5,50 | |||
| Ti:0,60~1,20 | |||||||||||||
| Al:0,3~0,7 | |||||||||||||
| Współczynnik: 1.0 | |||||||||||||
| Cu:0,3 | |||||||||||||
| B:0,002~0,006 | |||||||||||||
Uwaga: Wartości są maksymalne, chyba że określono zakresy lub minima. A Zgodnie z normą ISO/TS 4949. B ** z UNS; *** z EN 10269. C Minimum C dla zastosowań specjalnych. D W celu uzyskania lepszej wydajności zaleca się zastosowanie wtórnego topienia.
Składy chemiczne są projektowane w celu optymalizacji właściwości, takich jak odporność na korozję, wytrzymałość i stabilność w wysokich temperaturach. Na przykład, wysoka zawartość Cr w stalach martenzytycznych zwiększa odporność na utlenianie, a Nb w stopie 718 stabilizuje materiał przed pełzaniem. Ścisła kontrola pierwiastków, takich jak P i S, minimalizuje kruchość. Producenci muszą weryfikować składy za pomocą analizy spektroskopowej, aby zapewnić zgodność, ponieważ odchylenia mogą prowadzić do obniżenia wydajności podczas eksploatacji. W tej sekcji podkreślono znaczenie czystości materiału dla długoterminowej niezawodności w środowiskach o wysokich temperaturach.
Obróbka cieplna
Elementy złączne wyprodukowane zgodnie z niniejszą normą muszą zostać poddane obróbce cieplnej w celu uzyskania właściwości mechanicznych określonych w rozdziale 7. Szczegółowe procedury obróbki cieplnej przedstawiono w tabeli 4, a minimalne temperatury odpuszczania dla stali martenzytycznych dobiera się odpowiednio. Czasy wygrzewania nieokreślone są dobierane przez producenta, biorąc pod uwagę wymagane właściwości i temperatury pracy.
Przebieg procesu: W przypadku SD, SB i 718 wymagane jest przetworzenie w roztworze (AT), najlepiej po formowaniu. W przypadku gwintów zewnętrznych o wysokiej wytrzymałości (Rmf ≥1100 MPa), AT może być na surowcu po uzgodnieniu. Obróbka cieplna elementów złącznych kutych na zimno lub na gorąco odbywa się po formowaniu. W przypadku elementów złącznych obrabianych mechanicznie, może być na surowcu lub produkcie gotowym, z możliwością gwintowania przed lub po obróbce.
Tabela 4: Zalecane schematy obróbki cieplnej elementów złącznych
| Kod zapięcia | Stan obróbki cieplnej | Temperatura hartowania/obróbki roztworem (i czas utrzymywania) °C | Temperatura odpuszczania/utwardzania wydzieleniowego (i czas utrzymywania) °C |
|---|---|---|---|
| CH0 | +QT | 950~1050 | ≥450A |
| CH1 | +QT | 950~1050 | ≥450A |
| CH2 | +QT | 950~1050 | ≥450A |
| V | +QT | 1020~1070 | ≥680 |
| VH | +QT | 1020~1070 | ≥660 |
| VW | +QT | 1100~1130 | ≥670 |
| SD | +AT+P | 970~990 (≥1 godz.) | 710~730 (≥16 godz.) |
| 890~910 (≥1 godz.) | |||
| SB | +AT+P | 1050~1080 | Krok 1: 840~860 (≥24 godz.) Krok 2: 690~710 (≥16 godz.) |
| 718 | +AT+P | 940~1010 | Krok 1: 710~730 (≥8 godz.) Krok 2: 610~630 (≥18 godz.) |
QT: Hartowane i odpuszczane; AT: Przesycane (wyżarzane); P: Utwardzane wydzieleniowo. A Unikać temperatury 500°C~600°C, aby zapobiec utracie wytrzymałości i korozji międzykrystalicznej (patrz Załącznik B).
Obróbka cieplna optymalizuje mikrostrukturę w celu uzyskania pożądanych właściwości, takich jak hartowanie stali martenzytycznych lub wytrącanie faz w stopach niklu w celu zwiększenia wytrzymałości. Nieprawidłowa obróbka może powodować kruchość lub obniżoną odporność na korozję. Producenci muszą monitorować temperatury i szybkość chłodzenia, aby uzyskać jednolite właściwości, a kontrole po obróbce cieplnej zapewniają zgodność z wymaganiami.
Wykończenie powierzchni
O ile nie zaznaczono inaczej, elementy złączne należy oczyścić i wypolerować. Zaleca się smarowanie w celu zapobiegania zatarciom podczas montażu, szczególnie przy wysokim momencie obrotowym lub prędkości. Czynnikami zwiększającymi ryzyko zatarcia są uszkodzenia gwintów i wysokie naprężenia wstępne.
Uwaga 1: Parametry takie jak wysoka prędkość dokręcania zwiększają ryzyko zatarcia. Uwaga 2: Żadne normy krajowe nie określają wad powierzchni ani siły dokręcania dla tych stopów.
Obróbka powierzchni zapewnia kontrolowany moment naciągu, oznaczony symbolem „Lu” (np. SD Lu). Wymagania specjalne do uzgodnienia.
Wykończenie powierzchni ma kluczowe znaczenie dla wydajności, zmniejszając tarcie i zwiększając odporność na korozję. Polerowanie usuwa tlenki, a smarowanie zapewnia niezawodne napięcie wstępne. W warunkach wysokich temperatur powłoki muszą być odporne na degradację termiczną.
Projektowanie par śrub i nakrętek
Śruby, wkręty, kołki i nakrętki muszą być dobrane zgodnie z Tabelą 5. Nakrętki pasują do elementów złącznych o tym samym kodzie (np. śruba CH0 z nakrętką CH0). Możliwe są różne materiały po konsultacji z ekspertami, biorąc pod uwagę korozję i zatarcie.
Jeżeli zaciskane części różnią się materiałem, z którego wykonane są elementy złączne, należy zastosować izolację w celu uniknięcia korozji galwanicznej.
Tabela 5: Kombinacje śrub, wkrętów, szpilek i nakrętek
| Śruby, wkręty, szpilki | Orzechy | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CH0 | CH1 | CH2 | V, VH, VW | SD | SB | 718 | |
| CH0 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| CH1 | ✓ | ✓ | Możliwe kombinacje | ✓ | ✓ | ||
| CH2 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||
| V, VH, VW | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | |||
| SD | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| SB | ✓ | ✓ | |||||
| 718 | ✓ | ||||||
Parowanie zapewnia rozkład obciążenia i kompatybilność, minimalizując ryzyko, takie jak rozłączenie. W przypadku niestandardowych par kluczowa jest konsultacja z ekspertem.
Odporność na wysokie temperatury
Materiały nadają się do środowisk, w których wytrzymałość na pełzanie determinuje rozmiar, a utlenianie zachodzi w wysokich temperaturach. SD, SB i 718 są również odporne na korozję w warunkach wilgoci.
Odporność na utlenianie i tworzenie się kamienia jest osiągana poprzez dodawanie stopów, w których chrom tworzy ochronne tlenki. Odporność na pełzanie jest kluczowa w przypadku długotrwałych obciążeń w podwyższonych temperaturach.
W zastosowaniach takich jak turbiny gazowe materiały te zachowują integralność podczas cykli termicznych, zapobiegając awariom spowodowanym zmęczeniem materiału lub kruchością.
Temperatury robocze elementów złącznych
Właściwości określone w rozdziale 7 badane są w temperaturze 10°C–35°C. Zastosowanie w wysokiej temperaturze pogarsza właściwości. Zalecane temperatury maksymalne podano w tabeli 6, ale mogą być niższe w zależności od warunków.
W przypadku konkretnych zastosowań należy przeprowadzić testy rozciągania w wysokiej temperaturze, pełzania lub relaksacji zgodnie z rozdziałem 10, symulując warunki montażu.
Tabela 6: Zalecane maksymalne temperatury robocze elementów złącznych
| Kod zapięcia | Maksymalna temperatura pracy °C |
|---|---|
| CH0 | 400 |
| CH1 | 400 |
| CH2 | 450 |
| V | 600 |
| VH | 600 |
| VW | 600 |
| SD | 650 |
| SB | 800 |
| 718 | 700 |
Temperatury te są wyznacznikiem projektu, uwzględniającego takie czynniki jak utlenianie i pełzanie. Testy gwarantują wydajność w rzeczywistych warunkach eksploatacji.
Właściwości mechaniczne elementów złącznych
Śruby, wkręty i szpilki
W przypadku badań przeprowadzanych zgodnie z rozdziałem 9, właściwości mechaniczne w temperaturze otoczenia muszą spełniać wymagania podane w tabelach 7-11, stosowanych podczas produkcji lub w przypadku gotowych produktów.
Tabela 7: Właściwości mechaniczne śrub, wkrętów i szpilek w temperaturze otoczenia
| Kod zapięcia | Minimalna wytrzymałość na rozciąganie Rmf / MPa | Naprężenie przy 0,2% Rozszerzenie plastyczne Rpf / MPa | Minimalne wydłużenie po zerwaniu A / mm | Twardość HV (F≥98N) | Twardość HRC |
|---|---|---|---|---|---|
| CH0 | 800 | 600 | 0,20 dni | 250~320 | 22~32 |
| CH1 | 850 | 650 | 0,20 dni | 270~380 | 26~39 |
| CH2 | 860 | 690 | 0,20 dni | 260~320 | 25~32 |
| V | 800 | 600 | 0,20 dni | 250~320 | 22~32 |
| VH | 900 | 700 | 0,20 dni | 280~360 | 28~38 |
| VW | 900 | 750 | 0,20 dni | 280~360 | 28~38 |
| SD | 900 | 600 | 0,25d | 250~360 | 22~38 |
| SB | 1000 | 600 | 0,20 dni | 320~410 | 32~42 |
| 718 | 1230 | 1030 | 0,20 dni | 345~480 | 36~48 |
Tabela 8: Minimalne obciążenia rozciągające w temperaturze otoczenia – gwinty grube
| Rozmiar gwintu d | Nominalna powierzchnia naprężeń As,nom mm² | Minimalne obciążenie rozciągające Fmf N | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CH0 | CH1 | CH2 | V | VH | VW | SD | SB | 718 | ||
| M3 | 5.03 | 4030 | 4280 | 4330 | 4030 | 4530 | 4530 | 4530 | 5040 | 6190 |
| M39 | 976 | 780700 | 829400 | 839200 | 780700 | 878200 | 878200 | 878200 | 975800 | 1200200 |
Fmf,min = As,nom × Rmf,min. Wartości zaokrąglone zgodnie ze standardem.
Te właściwości zapewniają wytrzymałość elementów złącznych na obciążenia rozciągające bez nadmiernych odkształceń. Na przykład, wysoki współczynnik Rmf W 718 nadaje się do wymagających zastosowań. Zakresy twardości zapobiegają kruchości, zachowując jednocześnie wytrzymałość.
Orzechy
Właściwości mechaniczne nakrętek są określane podobnie, ze szczególnym uwzględnieniem obciążeń próbnych i wytrzymałości na zrywanie w wysokich temperaturach. Muszą one odpowiadać właściwościom śrub, aby uniknąć słabych ogniw w zespołach.
Metody testowania
Badania zgodnie z rozdziałem 9 obejmują próby rozciągania dla Rmf i Rpf, pomiary twardości i oceny w wysokiej temperaturze zgodnie z rozdziałem 10 w celu określenia pełzania i relaksacji. Metody te zapewniają dokładną ocenę właściwości w warunkach symulowanych.
Często zadawane pytania
Jaka jest zalecana obróbka cieplna elementów złącznych ze stopu Alloy 718?
Obróbka w roztworze w temperaturze 940~1010°C, a następnie dwuetapowe utwardzanie wydzieleniowe: 710~730°C przez ≥8 godz., a następnie 610~630°C przez ≥18 godz. Zwiększa to wytrzymałość i odporność na pełzanie.
Jak zapobiegać zatarciom w elementach złącznych ze stali nierdzewnej?
Nałóż smar lub powłokę, kontroluj prędkość dokręcania i upewnij się, że gwint jest odpowiednio wykończony. Zaznacz „Lu” dla wersji smarowanych.
Jakie są maksymalne temperatury robocze dla gatunków martenzytycznych?
CH0 i CH1: 400°C; CH2: 450°C; V, VH, VW: 600°C. Przekroczenie tych wartości może spowodować degradację właściwości.
Czy można łączyć różne kody materiałowe dla śrub i nakrętek?
Tak, zgodnie z Tabelą 5, ale należy skonsultować się z ekspertami w celu oceny ryzyka korozji i zatarcia.
Dlaczego w przypadku stopów SD i niklu zaleca się wtórne topienie?
Poprawia czystość i jednorodność, polepszając właściwości mechaniczne i odporność na degradację w wysokiej temperaturze.
Jaka jest nominalna powierzchnia naprężeń As,nom obliczony?
Korzystając ze wzorów uwzględniających średnicę podziałową d2 i mniejsza średnica d3, zgodnie z 9.1.5 dla obliczeń obciążenia.
