Матеріали і покриття для кріпильної техніки

Матеріали і покриття для кріпильної техніки.

Якість матеріалу для кріпильної техніки визначається сукупністю його механічних властивостей:

• статичним опором впливів (тимчасовим опором і межею плинності при розтягненні);
• динамічним опором впливів і крихкому руйнуванню (ударною в'язкістю при різних температурах);
• показниками пластичності (відносним подовженням);
• опором розшарування (вигином в холодному стані).

Значення цих показників встановлюються державними стандартами. Крім того, якість матеріалу визначається опором багаторазового навантаження (втомою) і корозійною стійкістю.

Основна маса металевого кріплення виготовляється зі сталі. Причиною, по якій сталь займає виняткове місце в ряду інших металів і сплавів, є її чудові механічні властивості, наприклад, унікально високе відношення в'язкості до міцності, а також висока поширеність у природі мінералів, що містять сполуки заліза, і відносно проста і дешева технологія одержання сталі.

Сталь

Під сталлю розуміється сплав заліза Fe і вуглецю в сплаві з вмістом останнього не більше 1,5%. Сталі, що застосовуються у виробництві кріплення, в залежності від процентного вмісту вуглецю та легуючих елементів можна розділити на наступні групи.

Нелегированная низьковуглецевий сталь з вмістом 0,22% Із використовується для виробництва низкопрочного кріплення (болтів, гвинтів, гайок, цвяхів). Цей вид сталей, у відповідності з рекомендаціями DIN, позначається літерами "St" і числом, що визначає десяту частину значення граничної міцності на розрив. Наприклад, St 38 - низьковуглецева сталь (З - 0,22%) характеризується значенням межі міцності на розрив, що дорівнює 380 N/мм. кв.

Залежно від методу виготовлення розрізняють кілька видів сталі.Один з них - кипляча сталь, у процесі плавки якої і по її закінченні спостерігається активне виділення газів. Така сталь позначається з використанням букви U перед St. У російській технічної термінології такі сталі мають позначення, наприклад, 08 кп.

Інший вид - спокойая сталь (на противагу киплячої). У її визначенні використовують літеру R перед St. При отриманні такого сорту стали «киплячу» «заспокоюють» або розкислюють додаванням кремнію або алюмінію, поліпшують структуру сталі. Вітчизняні виробники маркують такий вигляд стали як 10сп. Вуглецеві сталі, які застосовуються в метизної промисловості, зазвичай поділяють на сталі для холодної висадки (ДІН 1654), стали для термічної обробки та гартування (ДІН 17200) і стали з усталеною поверхнею (цементовані) по ДІН 17210. Вуглецеві сталі цієї групи поділяються за якістю на 3 види:

• якісна сталь, маркується символом вуглецю - З і числом, що показує його процентний вміст, наприклад, сталь З 35 містить 0.35% вуглецю.
• високоякісна сталь, маркується символом Ck і числом, що показує процентний вміст вуглецю, наприклад Ck 35. На відміну від якісної сталі вміст фосфору і сірки становить тут макс. 0.035%, в той час як C 35 містить домішок не більш 0.045%.
• сталь для холодної висадки, позначувана як Cq. Вона має специфічні властивості, що дозволяють застосовувати для її обробки методи холодного формоутворення. Сталь Cq 35 містить 0.35% С і не більше 0.035% P і S.

У групі вуглецевих легованих сталей, закріплених вищеназваними стандартами, процентний вміст хімічних елементів, які у звичайних сталях проявляються як сліди або як домішка, має бути збільшено, а інших - додано. При цьому змінюються властивості сталі: збільшуються механічна міцність, корозійна стійкість і т. п. Маркування таких сталей містить в позначенні на першій позиції число сотих відсотка вмісту вуглецю С, потім перераховуються символи легуючих хімічних елементів у порядку, що визначає зменшення їх вмісту в сталі. Закінчується таке вираз числом (або послідовністю чисел), показує (-їй) кількісну міру змісту перелічених легуючих елементів:

• для Cr, Co, Mn, Ni, Si, W - число чверті одного відсотка (0,25%);
• для Al, Cu, Mo, Ti, V - число десятих часток відсотка (0,1%);
• для С, Р, S, N - сотих;
• для В - тисячних часток відсотка.

Наприклад, сталь марки 36Cr Ni Mo 4 містить 36/100 = 0,36% вуглецю і 4/4 -1% хрому Сг, нікелю 0,25%, молібдену 0,1%.

Ось приклади найбільш популярних елементів і їх вплив на властивості сталей при їх легуванні.

Вуглець (С) елемент, у значній мірі визначає механічні властивості стали. Для виготовлення кріпильних деталей застосовуються сталі, в яких процентний вміст вуглецю не перевищує 0,5%. Із збільшенням вмісту вуглецю в сталі зростає значення тимчасового опору розриву або межа міцності на розрив, але одночасно обмежуються можливості холодної формовки (висадки). Якщо вміст вуглецю в сталі більше ніж 0,3%, то таку сталь можна піддавати термообробці.

Нікель (Ni) підвищує гартована, ударну в'язкість при низьких температурах і немагнітні властивості. 8% вміст нікелю (Ni) і 18% хрому (Cr) надає властивості нержавіючої сталі.

Беручи до уваги аустенитную структуру стали, в метричній системі її позначають А2. Американські стандарти позначають сталь А2 як 18.8, і таке позначення деякі помилково можуть інтерпретувати як межу міцності, наприклад, болти зі сталі з класом міцності 18.8!!!

• Хром (Сг). Введення до складу стали цього елемента збільшує гартована і межа міцності на розрив. Присутність у складі стали хрому в кількості, що перевищує 12,5%, дає підставу кваліфікувати як сталь нержавіючу.
• Молібден (Мо) збільшує гартована і зменшує крихкість після відпустки. При додаванні молібдену сталь набуває температурну міцність. Введення в сплав 2-3% Мо в сукупності з 18% Cr і 12% Ni значно збільшує корозійну стійкість сталі. Аустенітна нержавіюча сталь такого складу застосовується для виготовлення кріплення в кислототривкої виконанні, позначення такої сталі А 4.
• Марганець (Mn) у низьковуглецевих сталях зазвичай проявляється, також як і кремній, фосфор і сірка, у вигляді домішки. Додавання марганцю при варінні стали здатне збільшити її міцність і твердість, а також зносостійкість виробів з неї, однак при цьому виникає чутливість до перегріву і, як наслідок,крихкість при високих температурах.
• Титан (Ti) застосовується в металургії для стабілізації рівня так званої внутрикристаллической корозії нержавіючих сталях. Такий же ефект спостерігається при введенні танталу (Та) і ніобію (Nb).
• Бор (В) порівняно новий легирующий елемент для сталі, що йде на виготовлення кріплення. Зовсім невеликі кількості його (0,002-0,003% ) значно покращують твердість металу, що дозволяє широко використовувати холодну формовку при виробництві загартованого кріплення з низьковуглецевих сталей.

Цементовані сталі володіють відносно низьким вмістом вуглецю і застосовуються для отримання дуже твердих і зносостійких поверхонь у кріплення при гартуванні з додаванням вуглецю. Такі сталі використовуються при виготовленні гвинтів з нарізаною різьбою, самонарезных і самосвердлувальний гвинтів, а також шурупів для гіпсокартону.

Термообробка

У металургії давно існує розроблена система національних і міжнародних стандартів для позначення марок сталей у відповідності з їх хімічним складом. Але хімічний склад насамперед визначає придатність стали для термічної і механічної обробки, яка і формує властивості готового виробу.

Загартуванням називається нагрівання до температур близько 1000°C з наступним охолодженням у воді, оліях, розчинах солей або на повітрі, в залежності від хімічного складу сталі і варіантів технології. При загартуванню формуються тверді (і тендітні!) фази системи "залізо-вуглець" (мартенситна структура).

Відпусткою називається виконується після гарту нагрівання до температури від 75 до 650° C, витримка і охолодження в одній з перерахованих вище середовищ. При відпустці відбувається перерозподіл фаз системи "залізо-вуглець" у бік зниження частки твердих і крихких фаз (підвищується в'язкість сталі). При заданому хімічному складі кінцеве співвідношення між твердістю і міцністю сталі зазвичай є компромісом, який визначається призначенням готового виробу. У багатьох випадках в'язкість може бути підвищена тільки за рахунок твердості і навпаки. Для одного і того ж хімічного складу сталі зазвичай рекомендуються два типи відпустки:

• низький відпустку, після якого досягається найбільша твердість;
• високий відпустку, після якого досягається найбільша конструкційна міцність.

В деяких досить рідких випадках відпустка може проводитися в кілька етапів. Охолодження при загартуванню і відпустці може проводитися по заздалегідь заданому температурному профілю (тоді ці операції виконуються в спеціальних печах).

Як уже говорилося, під час гарту і відпустки система "залізо-вуглець" зазнає різноманітні фазові перетворення, причому обсяг фаз може відрізнятися на 10-15%.

При виконанні механічної обробки виробу, що вже пройшов термічну обробку, треба стежити за тим, щоб його температура не підвищувалася настільки, щоб відбувалися "незаплановані" фазові перетворення. Високоякісний сталевий кріплення володіє блискучим механічними властивостями завдяки такому виду термообробки виробів, як гартування з подальшим високим відпуском. При цьому відпустка при температурах від 340 до 650 градусів Цельсія проводиться відразу після гарту.При цьому досягається оптимальний компроміс між відносно високими значеннями опору розриву, високими значеннями відношення границі плинності і розриву при досягненні достатньої в'язкості. Такі властивості кріпильних деталей необхідні для надійної реалізації функції кріплення при дії на з'єднання різноманітних зовнішніх сил. Кріплення з високими значеннями класу міцності 8.8, 10.9, 12.9 -піддається саме такий термообробці.

Маркування сталей

У цій частині статті ми розглянемо принципи маркування, що застосовується для кріпильних виробів, виготовлених з вуглецевої і легованої сталей. Масовість кріплення і виняткова важливість знання його механічних властивостей при використанні зумовили створення системи маркування цих деталей. Нагадаємо, що маркування - це спосіб ідентифікації деталі з допомогою символьної, кольоровою або буквеної інформації, що наноситься на поверхню деталі і дозволяє при її інтерпретації отримати відповіді на наступні питання: Хто виготовив виріб? З якого матеріалу виготовлено виріб? Які його механічні (або інші) характеристики? Як встановлюється виріб? При цьому кожний вид або тип виробу може мати свою систему маркування.

Для кріпильних деталей прийнята наступна маркування. На головках різьбових деталей із зовнішньою метричною різьбою обов'язково присутній торгова марка виробника, таким чином ми завжди маємо можливість пред'явити претензії щодо якості кріплення, маючи тільки сам виріб. Питання визначення типу матеріалу, з якого виготовлена деталь, не повинен викликати труднощів: якщо на голівці помітні два числа , розділені крапкою, наприклад 10.9, використовувалася вуглецева сталь. Тобто форма подання - два числа, розділені крапкою, показує, що болт з вуглецевої сталі.

Механічні властивості цього матеріалу можна визначити, знаючи правила інтерпретації чисел маркування. Тимчасовий опір розриву в мПа визначається множенням першого числа 100. Наприклад, якщо маркування на голівці болта 10.9, то матеріал болта вуглецева сталь, що має межу міцності на розрив 1000 мПа, а межа плинності для цієї сталі дорівнює 900 мПа. Це ми одержуємо з маркування, перемноживши обидва числа між собою і на десять, так як друге число представляє собою число десятих часток від межі міцності на розрив, складових межа плинності. Цей параметр важливий, тому що визначає верхній (руйнівний)межа робочих навантажень, експлуатаційний діапазон яких зазвичай складає від 0.1 до 0.5 межі текучості.

На гайках з вуглецевої сталі маркування крім торгової марки виробника містить єдине число: 4, 5, ..8, ..10, без літер та інших знаків. На низьких гайках (h=1/2 d) маркування має вигляд 04 або 05 ("нулик" дозволяє додатково вказати на низьку висоту гайки при читанні маркування). Механічні характеристики гайки повинні бути інтерпретовані по маркуванню наступним чином: гайка призначена для роботи в болтових з'єднаннях з болтами, клас міцності яких не перевищує або дорівнює числу, вказаному на гайці, наприклад, гайки з маркуванням "5" або "05" працюють з болтами з класом міцності не вище 5.6.

Маркування деталей та інших металів і сплавів також включає в себе вказівку на значення характеристик міцності матеріалу. Так для легованих сталей з аустенітної структури в метричній системі прийняті наступні позначення: А2 для нержавіючих, і А4 для кислототривких сталей, саме такі символи і нанесені на головках болтів і гайках з цих матеріалів. Вказівка типу матеріалу супроводжується числом 50, 60 або 80, яке, якщо його помножити на десять, дозволяє отримати значення тимчасового опору розриву, виражене в мПа. Гайки з міді і її сплавів маркуються позначкою "Cu" з числом від 1 до 7, при цьому зазначені числа відображають по зростаючій збільшення значень міцності на розрив, а їх поєднання, наприклад Cu2, вказує на хімічний склад мідного сплаву, для якого в спеціальних таблицях приводяться значення межі міцності, тобто з маркування визначити числову характеристику міцності неможливо. Для бронзового кріплення прийнято вважати, що їх клас міцності відповідає класу міцності болтів з вуглецевої сталі - 4.6.

Захисні покриття для сталевого кріплення

Цинкові покриття

Цинкування застосовується для захисту чорних металів від корозії. Осад цинку з плином часу помітно темніє, так як його поверхня покривається нальотом основних вуглекислих солей. Цим і пояснюється неможливість використання цинку як декоративного покриття. Цинк має більш негативний потенціал, ніж залізо, тому цинкове покриття забезпечує електрохімічний захист чорних металів від корозії. В даний час найбільш поширеними способами нанесення цинку є:

1. гарячий спосіб покриття;
2. електролітичний спосіб;
3. дифузійний спосіб;
4. шерардирование.

Гарячий спосіб цинкування полягає в зануренні попередньо підготовлених виробів в розплавлений цинк при температурі 450-480°С. Освіта покриття засноване на гарному змочуванні заліза і його сплавів цинком. Товщина покриття на окремих ділянках з-за напливів коливається в значних межах (50-150 мкм), і точне регулювання його неможлива. Гарячий спосіб не може бути застосований для покриття виробів з точними допусками і в тих випадках, коли висока температура може змінити властивості виробу. Цей метод широко застосовується для цинкування виробів, що мають внутрішні закочені шви (відра, тази, баки тощо), а також для цинкування труб, листів, дроту, кузовів автомобілів. Електролітичний метод є більш досконалим для осадження цинку.

Економія металу при гальванічному способі доходить порівняно з гарячим способом до 50%, а висока ступінь чистоти обложеного цинку забезпечує підвищену хімічну стійкість. В залежності від умов експлуатації товщина покриття може бути від 5 до 35 мкм. Найбільш широке застосування при цинкування отримали кислі, сірчанокислі та лужні ціанисті ванни. Сірчанокислі електроліти застосовуються для покриття виробів простої форми: листів, стрічкової дроту та ін

Гальванічний ряд

Нормальні потенціали металів:

Метал / Хімічне позначення металу / Електрохімічний потенціал (В)

Натрій...................Na.........................-2.71
Магній..................Mg........................-2.38
Алюміній..............Al.........................-1.66
Цинк...................... Zn.........................-0.76
Хром.....................Cr......................... -0.71
Залізо...................Fe......................... -0.44
Кадмій...................Cd........................ -0.40
Кобальт...................Co....................... .-0.27
Нікель...................Ni......................... -0.23
Олово.....................Sn...................... ...-0.14
Свинець...................Pb........................ -0.126
Водень................. H...................... ....0.00
Мідь......................Cu..................... ..+0.31
Срібло..................Ag..................... .+0.799
Ртуть......................Hg..................... .+0.854
Золото.....................Au............... ....+1.42

В якості анода застосовуються пластини з чистого металевого цинку (99,85-99,9% цинку). З застосуванням органічних добавок опади цинку стають більш дрібнозернистими і набувають полублестящий сріблястий відтінок. Ціанисті електроліти застосовують для покриття виробів, які мають складну форму. При цьому утворюється дрібнокристалічний осад цинку, який володіє більш високими характеристиками міцності і захисними властивостями. Цинкове покриття добре захищає сталеву основу від корозії, але сама досить швидко піддається корозії в атмосфері, утворюючи пухкий наліт основних вуглекислих солей цинку.

В ряді випадків спостерігається не тільки електрохімічна корозія цинку, але також і хімічна корозія в результаті взаємодії останнього з парами різних летких органічних речовин. Утворюються на цинковій покритті продукти корозії легко обсипаються і можуть викликати порушення роботи приладів і механізмів. Для підвищення антикорозійної стійкості цинкових покриттів застосовують процес пасивації в розчинах хромової кислоти або її солей. Утворюється хроматная плівка являє собою ряд сполук хрому та цинку. Захисні властивості хроматной плівки практично не змінюються навіть при наявності на ній механічних пошкоджень (подряпин, рисок тощо). Після хроматного пасивування покриття набуває зеленувато-жовте забарвлення з чорним відтінком. В деяких випадках, наприклад, при наступному нанесенні лакофарбових покриттів, застосовують фосфатування, яке забезпечує добре зчеплення лакофарбового покриття з цинковим підшаром, фосфатні покриття покращують адгезійну здатність поверхні деталей.

В наших магазинах є кріпильні деталі з таким покриттям. Зверніть увагу на капсули анкерів PFG темно-сірого кольору.Цинкове покриття наноситься дифузійним способом, деталь завантажують в барабан з цинковим порошком і сталевими кульками, при обертанні барабана відбувається «вбивання» цинкового порошку на поверхню сталевої деталі. Товщина одержуваного покриття може складати десятки мікрон.

Фосфатування

До неметалевим неорганічним покриттям, що складається з неорганічних сполук металів, що відносяться фосфатні, оксидні, хроматные та інші покриття. Фосфатні плівки, створювані на поверхні металевих виробів, що володіють цілим рядом цінних властивостей, серед яких:

• підвищена корозійна стійкість;
• адгезійна здатність;
• маслоємність;
• електроізоляційні якості;
• антифрикційні властивості.

Колір фосфатного покриття - від світло-сірого до чорного.

Хімічним фосфатированию можуть піддаватися вуглецеві, низьколеговані і середньолеговані сталі, чавун, алюмінієві і магнієві сплави, цинкові, кадмієві покриття та ін. Сутність хімічного фосфатування полягає в обробці металів і сплавів у підкислених розчинах однозамещен-них фосфатів або монофосфатов заліза, марганцю, цинку та ін. Процес хімічного фосфатування обумовлений гідролізом однозамещенных фосфатів металів, у результаті чого встановлюється рівновага між одно-, двох-, трехзамещенными фосфатами металів і фосфорною кислотою. Утворюється при цьому вільна фосфорна кислота у процесі фосфатування взаємодіє з основним металом, в результаті чого утворюються важкорозчинні двох-, тризаміщені фосфати, які є основною складовою частиною фосфатних плівок. На склад фосфатних плівок великий вплив робить вид катіонів фосфатирующего розчину. Утворюється фосфат заліза не окисляється киснем повітря, тому фосфатні плівки володіють високими захисними властивостями. В залежності від підготовки поверхні металу, плівки можуть мати різні розміри кристалічних структур. Найбільш високими захисними властивостями володіють дрібнокристалічні плівки. Крупнокристаллические плівки мають низькі захисні властивості. Фосфатні плівки підвищують адгезію лакофарбових, клейових та інших подібних покриттів, ця властивість є основною причиною для фосфатування кріпильних деталей. Висока міцність зчеплення лакофарбового покриття з фосфатної плівкою і підвищення її захисних властивостей пов'язані зі структурою фосфатних покриттів. Зв'язок між фосфатної плівкою і металом є молекулярною. Структура фосфатної плівки визначає її пористість, маслоємність і антифрикційні властивості.

Додаткова обробка підвищує захисні властивості фосфатних плівок. Така обробка здійснюється в розчинах сполук хрому промасленням, гидрофобизированием і забарвленням. Промаслення фосфатированных деталей зазвичай проводиться веретенным або авіаційним маслом, нагрітим до 100-110°С. Використовується для промаслення також розчин масел в органічних розчинниках чи емульсія при кімнатній температурі.

Гидрофобизирование полягає в отриманні на поверхні деталей тонкої водовідштовхувальним (гідрофобною) плівки. Під маслоемкостью розуміють ступінь поглинання фосфатної плівкою наноситься на неї масла. Фосфатна плівка збільшує ступінь поглинання олії приблизно вдва рази. Підвищення захисних властивостей промасленим фосфатної плівки можна характеризувати наступним прикладом: якщо на нефосфатированной стали в корозійної камері (розбризкування 3%-го розчину хлориду натрію) виявляється корозія через 0.1 год, то на фосфатированной і промасленого - через 40-48 ч.
Наявність на поверхні основного металу фосфатних плівок, наповнених маслом або парафіном, різко знижує коефіцієнт тертя. При випробуванні нефосфатированной, підданої шліфування сталі, при напрузі 0,047 Мпа схоплювання настає відразу, в той час як фосфатированная сталь в парі з такою ж сталлю без змазування задовільно працює протягом 95 хв. При змазуванні фосфатированной стали парафіном схоплювання відбувається не раніше, ніж через 50 ч. Фосфатні плівки мають діелектричними властивостями, що дозволяє використовувати фосфатування для отримання електроізоляційного покриття на деталях трансформаторів, генераторів і т. п. Просочення фосфатних плівок масляними і бакелітових лаками значно підвищує пробивна напруга. Фосфатні плівки не змочуються розплавленими металами.

Для фосфатування сталевих деталей низької та середньої міцності (1400 Мпа) широко використовується розчин солі Мажеф. Вихідними компонентами для складання розчину є монофосфат марганцю і заліза, який називається препаратом Мажеф. Товщина фосфатної плівки, що утворюється в розчині солі Мажеф, може досягати 7-50 мкм. Фосфатні плівки мають велику міцність зчеплення зі сталлю, мікропористу структуру, високі електроізоляційні властивості (пробивна напруга досягає 1000В). Жаростійкість і електроізоляційні властивості фосфатних плівок зберігаються приблизно до 500°С. Після нагрівання до 350°С фосфатна плівка втрачає частину кристалізованої води, в результаті чого її структура змінюється і захисні властивості знижуються в 2-3 рази. При фосфатування високоміцних сталей в зазначеному вище розчині виявляється корозійне розтріскування в області пружних розтягуючих напружень. Для уникнення подібних явищ застосовують цинк-фосфатні ванни. Для масового фосфатування кріпильних і дрібних деталей використовують ванни з обертовими барабанами, що застосовуються у гальванічних процесах. Завантаження барабана становить 40-50 кг деталей.

Латунирование

Латунирование - це нанесення на поверхню металевих (головним чином сталевих) виробів шару латуні товщиною в декілька мкм (приблизний склад: 70% Cu і 30% Zn). Здійснюється зазвичай електролітичним способом - осадженням латуні з гальванічної ванни. Застосовується для захисту виробів від корозії, для забезпечення міцного зчеплення сталевих і алюмінієвих виробів з гумою при гарячому пресуванні, для створення проміжного шару (т. зв. підшару) при никелировании або лудінні сталевих деталей (що більш ефективно, ніж безпосереднє покриття нікелем або оловом). Латунирование - один із способів підвищення антифрикційних властивостей титану і його сплавів.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)