มาตรฐานความแข็งแรงของสกรูสแตนเลส

บทนำเกี่ยวกับมาตรฐานประสิทธิภาพของสกรูสแตนเลส

สกรูสแตนเลสเป็นตัวยึดที่จำเป็นในอุตสาหกรรมที่ต้องการความทนทานต่อการกัดกร่อน เช่น อุตสาหกรรมทางทะเล การแปรรูปทางเคมี และอุปกรณ์อาหาร บทความนี้จะกล่าวถึงมาตรฐานสมรรถนะเชิงกลของสกรูที่ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก SUS304 และ SUS316 โดยไม่รวมขนาดที่ครอบคลุมอยู่ในมาตรฐานต่างๆ เช่น ISO 3506 หรือ GB/T 3098.6 คุณสมบัติที่สำคัญ ได้แก่ องค์ประกอบของวัสดุ ความแข็งแรงดึง (ความสามารถในการทนต่อแรงดึง) แรงบิด (ความแข็งแรงในการบิดก่อนการแตกหัก) ความเค้นพิสูจน์ (ภาระโดยไม่เกิดการเสียรูปถาวร) ความแข็งแรงคราด (จุดที่เกิดการเสียรูปพลาสติก) และตัวชี้วัดที่เกี่ยวข้อง

มาตรฐานเหล่านี้ได้มาจากมาตรฐานสากล เช่น ISO 3506 และมาตรฐานจีน GB/T 3098.6 ซึ่งได้ปรับให้ง่ายขึ้นสำหรับวิศวกร ผู้เชี่ยวชาญด้านจัดซื้อ และผู้ที่เพิ่งเริ่มต้น สำหรับโปรโตคอลการทดสอบที่แม่นยำ โปรดดูเอกสารอย่างเป็นทางการ เช่น GB/T 3098.6-2014 โปรดทราบว่ากระบวนการแปรรูป เช่น การขึ้นรูปเย็น จะช่วยเพิ่มคุณสมบัติให้เหนือกว่าค่าของวัตถุดิบ

ประสิทธิภาพจะแตกต่างกันไปตามเกรดและขนาด ตัวอย่างเช่น สกรูขนาดเล็ก (M4 และเล็กกว่า) อาจไม่สามารถผลิตได้ในเกรดที่สูงกว่าเนื่องจากข้อจำกัดในการผลิต ควรตรวจสอบกับผู้จำหน่ายเสมอสำหรับงานที่ต้องการความเฉพาะเจาะจง

ส่วนประกอบของวัสดุ: เหล็กกล้าไร้สนิม SUS304 และ SUS316

SUS304 และ SUS316 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกที่ใช้กันทั่วไปสำหรับสกรู โดยมีคุณสมบัติทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม SUS304 เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมทั่วไป ในขณะที่ SUS316 ให้ความทนทานที่เหนือกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูงเนื่องจากการเติมโมลิบเดนัม เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดอื่นๆ เช่น 304L (คาร์บอนต่ำ) หรือ 316L ใช้สำหรับเชื่อมได้ แต่ไม่ค่อยพบเห็นในสกรูมาตรฐานทั่วไป

ควรหลีกเลี่ยงวัสดุที่อาจทำให้เข้าใจผิด เช่น ซีรีส์ 201 หรือ 668 ซึ่งขาดคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าออสเทนิติกแท้ๆ ส่วนเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก เช่น SUS410 นั้นไม่รวมอยู่ในที่นี้ เนื่องจากจัดอยู่ในประเภทเหล็กกล้าไร้สนิม

ความแตกต่างหลักๆ คือ SUS316 มีปริมาณนิกเกล (10-14%) และโครเมียม (16-18%) สูงกว่า และมีโมลิบเดนัม 2-3% ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม

องค์ประกอบทางเคมีของ SUS304 (อ้างอิงตามมาตรฐาน GB/T 1220-2007 และมาตรฐานเทียบเท่า)

ธาตุ คาร์บอน (C) แมงกานีส (Mn) ซิลิคอน (Si) ฟอสฟอรัส (P) ซัลเฟอร์ (S) นิกเกล (Ni) โครเมียม (Cr) ทองแดง (Cu) โมลิบเดนัม (Mo) ช่วงมาตรฐาน (%) ≤0.08 ≤2.00 ≤1.00 ≤0.04 ≤0.03 8.00-11.00 18.00-20.00 ≤1.00-

คุณสมบัติทางกลทั่วไปของสกรู SUS304 ที่ผ่านกระบวนการแล้ว: ความแข็งแรงดึงขั้นต่ำ 515 MPa, การยืดตัว 40%, ความแข็งสูงสุดถึง HRB 92

คุณสมบัติทางกลทั่วไปของสกรู SUS316 ที่ผ่านกระบวนการแล้ว: ความแข็งแรงดึงขั้นต่ำ 515 MPa, ความแข็งแรงคราก 205 MPa, การยืดตัว 40%

เกรดและเครื่องหมายแสดงผลการเรียน

สกรูสแตนเลสจะมีเครื่องหมายเกรด เช่น A2-50, A2-70, A4-70, A4-80 กำกับไว้ที่หัวสกรู เพื่อระบุวัสดุและระดับความแข็งแรงตามมาตรฐาน ISO 3506

• A2 หมายถึงวัสดุ SUS304
• A4 หมายถึงวัสดุ SUS316
• ตัวเลข (เช่น 70) แสดงถึงความแข็งแรงดึงขั้นต่ำในหน่วยทวีคูณของ 10 MPa (เช่น 700 MPa สำหรับ 70)

ไม่ใช่ทุกขนาดที่จะได้รับเกรดสูงสุด ตัวอย่างเช่น สลักเกลียวหกเหลี่ยม SUS316 โดยทั่วไปจะมีเกรด A4-70 ในขณะที่น็อตอาจมีเกรด A4-80 แนวทางปฏิบัติของอุตสาหกรรมสำหรับการใช้งาน:

เกรดวัสดุ ขนาดและประเภทที่ใช้งานได้ SUS304 A2-50 สกรูและน็อตเครื่องจักร M5 และต่ำกว่า A2-70 น็อตและโบลต์ขนาดไม่เกิน M24 SUS316 A4-70 น็อตขนาดไม่เกิน M24 A4-80 น็อตและโบลต์ขนาดไม่เกิน M24

สำหรับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่มากกว่า M24 โปรดตรวจสอบข้อตกลงกับผู้จำหน่าย เนื่องจากมาตรฐานอาจไม่ได้ระบุไว้

คุณสมบัติทางกล: ความแข็งแรงดึง, ความแข็งแรงคราก, ความเค้นพิสูจน์ และการยืดตัว

คุณสมบัติเหล่านี้เป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของสกรูภายใต้ภาระ ความแข็งแรงดึงคือความเค้นสูงสุดก่อนการแตกหัก ความแข็งแรงครากคือความเค้นที่จุดเสียรูปพลาสติก 0.2% ความเค้นพิสูจน์คล้ายกันแต่สำหรับการยืดตัวที่ไม่เป็นสัดส่วน การยืดตัววัดความเหนียว

ตามมาตรฐาน GB/T 3098.6 ค่าขั้นต่ำ:

• A2-50: ความแข็งแรงดึง 500 MPa, ความแข็งแรงพิสูจน์ 210 MPa, การยืดตัว 0.6d (d = เส้นผ่านศูนย์กลาง)
• A2-70: แรงดึง 700 MPa, แรงพอก 450 MPa, การยืดตัว 0.4d
• A4-70: แรงดึง 700 MPa, แรงพอก 450 MPa, การยืดตัว 0.4d
• A4-80: ความแข็งแรงดึง 800 MPa, ความแข็งแรงพิสูจน์ 600 MPa, การยืดตัว 0.3d

การขึ้นรูปเย็นช่วยเพิ่มค่าเหล่านี้จากระดับของวัตถุดิบ (เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม 304 ดิบที่มีความแข็งแรงประมาณ 500 MPa เป็น 700 MPa ในสกรู)

มาตรฐานแรงบิดและเกณฑ์ความล้มเหลว

แรงบิด (แรงบิดที่ทำให้ขาด) เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการติดตั้งโดยไม่เกิดความเสียหาย มาตรฐานจาก GB/T 3098.6 กำหนดค่าแรงบิดขั้นต่ำที่ทำให้ขาดสำหรับขนาดและเกรดต่างๆ

ตัวอย่าง: สำหรับสกรูหกเหลี่ยม M6 A2-70 แรงบิดคลายเกลียวขั้นต่ำอยู่ที่ประมาณ 13 นิวตันเมตร โปรดตรวจสอบตารางรายละเอียดเพื่อดูค่าที่แม่นยำ เนื่องจากค่าจะแตกต่างกันไปตามประเภทเกลียวและความยาว

วิธีใช้งาน: ระบุเกรดของสกรู จากนั้นดูตารางแรงบิด การขันแน่นเกินไปอาจทำให้เกลียวเสียหายหรือแตกหักได้

การคำนวณพื้นที่หน้าตัดของความเค้นประสิทธิผล

พื้นที่รับแรง (As) ใช้ในการคำนวณภาระจริง: As = π/4 * (d – 0.9382*p)^2 โดยที่ d คือเส้นผ่านศูนย์กลางระบุ และ p คือระยะห่างของเกลียว (ค่าประมาณสำหรับเกลียวเมตริก)

ค่าทั่วไป (หน่วยเป็น mm²):

เส้นผ่านศูนย์กลางระบุ M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 M16 M20 พื้นที่รับแรง (มม.²) 5.03 8.78 14.22 0.13 6.65 8.08 4.31 57 245

ใช้ค่า As ในการคำนวณแรงดึง: แรงดึง = ความแข็งแรงดึง * ค่า As (หน่วยเป็นนิวตัน)

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพโดยละเอียดสำหรับขนาดทั่วไป

ค่าพารามิเตอร์ที่คำนวณได้สำหรับขนาด A2-70 (ขนาดตัวอย่าง):

ขนาด พื้นที่รับแรงดึง (มม.²) แรงดึงต่ำสุด (กิโลนิวตัน) แรงทดสอบต่ำสุด (กิโลนิวตัน) M6 20.1 14.1 9.0 M8 36.6 25.6 16.5 M10 58.0 40.6 26.1

สำหรับ A4-80 ก็เช่นเดียวกัน: รับน้ำหนักได้สูงกว่าเนื่องจากแรงดึง 800 MPa

สำหรับขนาด A4-70 และ A4-80 ให้ปรับตามตัวคูณเกรด

การใช้งานและแนวทางปฏิบัติในอุตสาหกรรม

ในทางปฏิบัติ ควรเลือกเกรดเหล็กตามสภาพแวดล้อม: SUS304 สำหรับใช้ภายในอาคาร/แห้ง; SUS316 สำหรับใช้ในทะเล/เป็นกรด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนที่ประกบกันมีเกรดเหล็กที่ตรงกันเพื่อหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนแบบกัลวานิก การคำนวณแรงดึงล่วงหน้าควรคำนึงถึงค่าความเค้นพิสูจน์ 70-801 TP3T เพื่อให้ได้ข้อต่อที่แข็งแรง

การทดสอบ: ใช้การทดสอบแรงดึงโดยตรงหรือการทดสอบลิ่มตามมาตรฐาน กฎระเบียบของอุตสาหกรรมแนะนำให้ลดพิกัดกำลังรับแรงสำหรับภาระแบบวัฏจักรหรืออุณหภูมิสูง (เหล็กกล้าออสเทนิติกจะอ่อนตัวลงที่อุณหภูมิสูงกว่า 400°C)

สำหรับการจัดซื้อ: ระบุเกรด ขนาด และมาตรฐาน (เช่น ISO 3506 A2-70) ตรวจสอบใบรับรองสำหรับงานที่สำคัญ เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ หรือภาชนะรับแรงดัน

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

เหตุใดเหล็กกล้าไร้สนิม SUS304 ดิบจึงมีความแข็งแรงดึงประมาณ 500 MPa แต่สกรูกลับมีความแข็งแรงดึงสูงถึง 700 MPa?

การขึ้นรูปเย็นในระหว่างกระบวนการผลิตทำให้เกิดการเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งโดยไม่ต้องอบชุบด้วยความร้อน

ความแตกต่างหลักระหว่าง SUS304 และ SUS316 สำหรับสกรูคืออะไร?

SUS316 ประกอบด้วยโมลิบเดนัม 2-3% เพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ โดยมีปริมาณนิกเกลสูงขึ้นเล็กน้อยและปรับปริมาณโครเมียมแล้ว

ฉันจะคำนวณแรงดึงสำหรับสกรูขนาดใดขนาดหนึ่งได้อย่างไร?

นำค่าความแข็งแรงดึงขั้นต่ำ (เช่น 700 MPa สำหรับ A2-70) มาคูณด้วยพื้นที่รับแรง (As) ในหน่วย mm² จากนั้นแปลงเป็น kN (หารด้วย 1000)

สกรู SUS316 ทุกตัวมีมาตรฐาน A4-80 หรือไม่?

ไม่ครับ สลักเกลียวหกเหลี่ยมมาตรฐานมีความแข็งแรงระดับ A4-70 (700 MPa) ในขณะที่น็อตสามารถรับแรงได้ถึงระดับ A4-80 (800 MPa) โปรดตรวจสอบขนาดและประเภทอีกครั้ง

แหล่งที่มาของมาตรฐานแรงบิดสำหรับสกรูสแตนเลสคืออะไร?

ตามมาตรฐาน GB/T 3098.6 หรือ ISO 3506 ที่ระบุค่าแรงบิดขั้นต่ำในการแตกหัก เพื่อให้มั่นใจได้ถึงการติดตั้งอย่างปลอดภัย

สกรูสแตนเลสสามารถใช้ในงานที่มีอุณหภูมิสูงได้หรือไม่?

ใช่ ทนได้ถึง 800°C ในช่วงเวลาสั้นๆ แต่ความแข็งแรงจะลดลง ควรใช้เกรดที่มีความเสถียร เช่น 321 สำหรับการใช้งานที่ยาวนานขึ้น