پیچ های کربن فولادی: درجه ها، خواص، پوشش ها و راهنمای انتخاب

a چیست پیچ فولاد کربنی ?

الف پیچ فولاد کربنی یک بست رزوه ای ساخته شده از آلیاژ آهن-کربن است که در آن کربن عنصر آلیاژی اولیه است که معمولاً در غلظت های بین 0.05 تا 1.70 درصد وزنی وجود دارد. محتوای کربن، همراه با مقادیر کمی منگنز، سیلیکون، گوگرد و فسفر، سختی، استحکام کششی، شکل‌پذیری و ماشین‌کاری فولاد را تعیین می‌کند - و در نتیجه، عملکرد مکانیکی پیچ تمام‌شده را تعیین می‌کند.

فولاد کربنی پرمصرف‌ترین ماده در تولید پیچ ​​در سطح جهان است که بیشترین حجم تولید بست صنعتی را به خود اختصاص می‌دهد. تسلط آن ناشی از ترکیبی از نسبت استحکام به هزینه بالا ، شکل پذیری عالی در هنگام نورد سرد و نورد رزوه، و توانایی عملیات حرارتی در طیف وسیعی از اهداف خواص مکانیکی. از پیچ های ماشینی با گام ریز که در مجموعه های الکترونیکی استفاده می شود تا پیچ های شش گوش سازه ای بزرگ که در ساخت و ساز استفاده می شود، پیچ های فولادی کربن تقریباً در خدمت هر صنعتی است که نیاز به اتصال رزوه ای دارد.

محدودیت اصلی فولاد کربنی در مقایسه با فولاد ضد زنگ، حساسیت آن به خوردگی در محیط های مرطوب یا تهاجمی شیمیایی است. این از طریق طیف وسیعی از عملیات سطحی - آبکاری روی، گالوانیزه گرم، پوشش فسفات و موارد دیگر - که عمر مفید را بدون تغییر در خواص مکانیکی پایه اتصال دهنده به طور قابل توجهی افزایش می دهد، برطرف می شود.

گریدهای فولاد کربنی مورد استفاده در تولید پیچ

همه فولادهای کربنی معادل نیستند. درجه فولاد انتخاب شده برای تولید پیچ ​​به طور مستقیم بر کلاس مقاومت قابل دستیابی، پاسخ عملیات حرارتی و رفتار شکل دهی سرد حاکم است. تولید کنندگان پیچ عمدتاً با دسته بندی مواد زیر کار می کنند:

فولاد کم کربن (فولاد ملایم) - 0.05٪ - 0.30٪ C

درجات کم کربن مانند SAE 1008، 1010 و 1018 مواد استاندارد برای پیچ های همه منظوره، پیچ های چوبی، پیچ های خودکار و پیچ های دیوار خشک هستند. محتوای کربن کم آنها باعث انعطاف پذیری بالا و سرد شدن آسان آنها می شود - یک فرآیند تولید با سرعت بالا که در آن میله سیم بدون برش به شکل پیچ در می آید - که منجر به راندمان تولید عالی و هزینه پایین برای هر واحد می شود. با این حال، فولاد کم کربن را نمی توان به طور قابل توجهی با عملیات حرارتی تقویت کرد، بنابراین این پیچ ها معمولاً محدود می شوند کلاس اموال 4.8 یا پایین تر تحت طبقه بندی ISO 898-1.

فولاد کربن متوسط - 0.30٪ - 0.60٪ C

نمرات مانند SAE 1035، 1038، و 1045 پتانسیل استحکام قابل توجهی بالاتری را ارائه می دهد و به خوبی به عملیات حرارتی خاموش و خنثی پاسخ می دهد. اینها مواد اولیه برای کلاس اموال 8.8، 9.8، و 10.9 پیچ های متریک - ستون فقرات مجموعه های ساختاری و مکانیکی در خودرو، ماشین آلات و کاربردهای ساختمانی. پس از عملیات حرارتی، پیچ‌های فولاد کربنی متوسط ​​به استحکام کششی 800 تا 1040 مگاپاسکال، با محدوده سختی کنترل‌شده (معمولاً 22 تا 39 HRC برای کلاس 8.8 و 10.9 به ترتیب) دست می‌یابند که مقاومت را با مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژن در طول فرآیندهای آبکاری بعدی متعادل می‌کند.

فولاد آلیاژی کربن متوسط - با افزودنی های کروم، منگنز یا B

برای بالاترین کلاس های قدرت - کلاس اموال 12.9 و کاربردهای تخصصی با کشش بالا - تولیدکنندگان از گریدهای فولادی آلیاژی مانند SAE 4135, 4140 (کروم-مولیبدن) یا نمرات تقویت شده با بور مانند 10B38 . افزودن های کوچک بور 0.0005٪ - 0.003٪ به طور چشمگیری سختی پذیری را بهبود می بخشد و اجازه می دهد تا قطر پیچ های بزرگتر در طول کوئنچ سخت شود. پیچ های کلاس 12.9 تولید شده از این مواد به مقاومت کششی می رسند حداقل 1220 مگاپاسکال ، آنها را برای اجزای موتور با کارایی بالا، گیره های ابزار و اتصالات ساختاری مهم که در آن یکپارچگی اتصال غیرقابل مذاکره است، انتخاب می کند.

درمان های سطحی و حفاظت در برابر خوردگی

فولاد کربنی لخت وقتی در معرض رطوبت و اکسیژن قرار می گیرد به سرعت خورده می شود. در بیشتر کاربردها، یک عملیات سطحی پس از ساخت برای ارائه سطح مشخصی از حفاظت در برابر خوردگی اعمال می‌شود - انتخاب درمان به محیط قرار گرفتن در معرض، طول عمر مورد نیاز، رنگ‌آمیزی یا پردازش بیشتر پیچ و هرگونه الزامات قانونی (مانند انطباق RoHS برای کاربردهای الکترونیکی) بستگی دارد.

آبکاری روی

رایج ترین درمان برای پیچ های فولاد کربنی در کاربردهای داخلی و سبک-خارج. یک لایه نازک روی از 5-12 میکرومتر به صورت الکترولیتی رسوب می‌کند و محافظت فداکاری در برابر خوردگی را فراهم می‌کند - روی ترجیحاً برای محافظت از زیرلایه فولادی اکسید می‌شود. پیچ های استاندارد روکش روی معمولاً به دست می آورند 72-200 ساعت مقاومت در برابر پاشش نمک به ازای ASTM B117. غیرفعال سازی کرومات زرد که روی لایه روی اعمال می شود، این زمان را تا 200 ساعت افزایش می دهد و رنگ طلایی آشنا را در بسیاری از پیچ های سخت افزاری می دهد. برای پیچ های کلاس 10.9 و 12.9 با استحکام بالا، برای جلوگیری از شکستگی تاخیری، یک پخت تسکین شکنندگی هیدروژنی پس از آبکاری (معمولاً 190 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت) الزامی است.

گالوانیزه گرم

پیچ ها در روی مذاب در دمای تقریبی 450 درجه سانتیگراد غوطه ور می شوند و یک لایه آلیاژ روی-آهن با پیوند متالورژیکی تشکیل می دهند. 45-85 میکرومتر . این پوشش بسیار ضخیم‌تر مقاومت در برابر خوردگی قابل ملاحظه‌ای را ایجاد می‌کند - معمولاً 500-1000 ساعت نمک پاش - و مشخصات استاندارد برای بست های سازه ای در فضای باز، تجهیزات کشاورزی و کاربردهای زیرساختی مانند تیرهای برق و نرده های محافظ بزرگراه است. این فرآیند به دلیل خطر جذب هیدروژن و اعوجاج بالقوه رزوه‌های با تحمل محکم برای پیچ‌های دارای استحکام بالا 10.9 و 12.9 مناسب نیست.

پوشش فسفاته (مشکی یا خاکستری)

تیمارهای روی یا فسفات منگنز یک لایه تبدیل کریستالی بر روی سطح فولاد ایجاد می‌کنند که حداقل مقاومت در برابر خوردگی مستقل را ایجاد می‌کند اما حفظ روغن و چسبندگی رنگ عالی را ایجاد می‌کند. پیچ های فسفاته و روغنی به طور گسترده در مجموعه های خودرو و ماشین آلات استفاده می شود که در آن بست در یک محیط روغن کاری شده نصب می شود یا متعاقباً رنگ می شود. فسفات منگنز نیز برای آن مشخص شده است خواص ضد صفراوی روی پیچ های درپوش سر سوکت با استحکام بالا، خطر انسداد رزوه را در هنگام سفت شدن با کنترل گشتاور کاهش می دهد.

پوشش های ژئومت / داکرومت و روی ورقه ای

پوشش‌های غیر آلی ورقه‌ای روی که توسط فرآیندهای دیپ اسپین یا اسپری اعمال می‌شوند، به طور فزاینده‌ای برای اتصال دهنده‌های ساختاری با استحکام بالا که در آن خطر تردی هیدروژنی آبکاری الکتریکی غیرقابل قبول است، مشخص می‌شوند. این پوشش ها به دست می آورند 720-1000 ساعت مقاومت در برابر پاشش نمک در ضخامت‌های پوشش 8 تا 12 میکرومتر، طبیعتاً فاقد هیدروژن هستند و ضرایب اصطکاک ثابتی را برای کنترل کشش گشتاور در اتصالات پیچ‌دار ساختاری فراهم می‌کنند. آنها پوشش غالب بر روی اتصال دهنده های کلاس 10.9 در صنایع خودروسازی و انرژی باد اروپا هستند.

فولاد کربنی در مقابل پیچ های فولادی ضد زنگ: چه زمانی هر کدام را انتخاب کنید

انتخاب بین پیچ‌های فولاد کربنی و فولاد ضد زنگ اغلب به عنوان یک سوال خوردگی اشتباه درک می‌شود، در حالی که در واقعیت شامل یک مبادله گسترده‌تر بین استحکام، هزینه، خواص مغناطیسی، مقاومت در برابر حرارت و محیط کاربردی است.

پیچ های فولاد کربنی انتخاب صحیحی هستند که:

• مقاومت کششی بالا مورد نیاز است - فولاد ضد زنگ A2-70 به 700 مگاپاسکال می رسد، در حالی که فولاد کربن کلاس 10.9 به 1040 مگاپاسکال و کلاس 12.9 به 1220 مگاپاسکال می رسد. برای اتصالات ساختاری و با بار بالا، فولاد کربنی معمولاً تنها گزینه عملی است.
• هزینه محرک اصلی است - پیچ های فولاد کربنی به طور کلی هستند 30 تا 70 درصد ارزان تر نسبت به نمرات ضد زنگ معادل در حجم، آنها را برای تولید صنعتی عمومی استاندارد می کند.
• مونتاژ در یک محیط داخلی کنترل شده است یا رنگ آمیزی خواهد شد، به این معنی که یک پیچ فولادی کربنی آبکاری شده حفاظت کافی را با هزینه کمتر نسبت به ضد زنگ فراهم می کند.
• پاسخ مغناطیسی مورد نیاز است - به عنوان مثال، در وسایل مونتاژ مغناطیسی یا سیستم های تغذیه اتصال دهنده های خودکار که بر جهت گیری مغناطیسی متکی هستند.

پیچ های فولادی ضد زنگ انتخاب صحیحی هستند که:

• بست در معرض رطوبت طولانی مدت، آب شور، یا مواد شیمیایی تهاجمی بدون امکان نگهداری پوشش - سخت افزار دریایی، تجهیزات پردازش مواد غذایی، و کاربردهای معماری بیرونی قرار دارد.
• الفppearance is critical and the natural silver finish must be maintained without periodic re-coating.
• مونتاژ شامل فلزات غیر مشابهی است که در آن خطر خوردگی گالوانیکی باید از طریق انتخاب مواد به جای پوشش مدیریت شود.

فرآیند ساخت: پیچ‌های فولادی کربنی چگونه ساخته می‌شوند

درک فرآیند تولید روشن می‌کند که چرا ویژگی‌های کیفی خاص هنگام ارزیابی پیچ‌های فولاد کربنی به عنوان خریدار یا تعیین مهندس اهمیت دارند.

روش تولید غالب است عنوان سرد ، شکل گیری سرد نیز نامیده می شود. میله سیم به قطر دقیق کشیده می شود، به طول خالی بریده می شود و سپس به تدریج توسط قالب ها در دمای اتاق در هندسه سر پیچ شکل می گیرد - بدون برداشتن مواد. کار سرد، فولاد را در محل اتصال سر به ساقه سخت می کند و مقاومت در برابر خستگی را در این نقطه تمرکز تنش بحرانی بهبود می بخشد. همچنین جریان دانه فولاد را با هندسه قطعه هماهنگ می کند که از نظر مکانیکی برتر از پیچ های ماشینکاری شده است که در آن جریان دانه با برش قطع می شود.

نورد نخ عنوان سرد را دنبال می کند. قالب ها با پروفیل رزوه معکوس، به جای برش، فرم نخ را با تغییر شکل پلاستیکی به داخل قسمت خالی فشار دهید. این تنش‌های پسماند فشاری مانند هدینگ سرد در ریشه رزوه ایجاد می‌کند - منطقه با بیشترین تنش پیچ تحت بارگذاری کششی - که به طور قابل‌توجهی عمر خستگی را در مقایسه با رزوه‌های برش بهبود می‌بخشد. داده های صنعت به طور مداوم نشان می دهد که اتصال دهنده های رزوه نورد به موفقیت می رسند 20-30٪ قدرت خستگی بالاتر نسبت به بست های رزوه برش هم اندازه با همان درجه مواد.

برای کلاس املاک 8.8 و بالاتر، عملیات حرارتی خاموش و معتدل نورد نخ را دنبال می کند. پیچ ها در دمای 820-880 درجه سانتیگراد آستنیته می شوند، در روغن یا محلول پلیمری خاموش می شوند تا تبدیل کامل مارتنزیت حاصل شود، سپس در دمای 425-500 درجه سانتیگراد برای کاهش شکنندگی و دستیابی به سختی هدف و نوار مقاومت کششی مشخص شده توسط ISO 898-1، خنثی می شوند. عملیات سطح نهایی - آبکاری، پوشش یا غیرفعال کردن - پس از عملیات حرارتی و هر گونه بازرسی مورد نیاز اعمال می شود.