Analiza materialov vijakov

Vijaki so spojni elementi, ki jih po mehanskem razredu lastnosti razvrščamo v navadne sornike invijaki visoke trdnosti. Različni materiali neposredno vplivajo na mehansko zmogljivost in uporabno paleto vijakov. Spodaj je analiza pogosto uporabljenih materialov za vijake za referenco pri izbiri.

1. Običajni materiali za navadne vijake

Vijaki pod razredom lastnosti 8.8 so vijaki običajne trdnosti, običajno izdelani iz nizkoogljične ali srednjeogljične jeklene žice s hladnim navijanjem in valjanjem navojev, brez kaljenja in toplotne obdelave. Če za primer vzamemo najpogosteje uporabljen razred 4.8: nazivna natezna trdnost ni manjša od 400 MPa, razmerje med tečenjem in natezno trdnostjo je 0,8, nazivna meja tečenja pa ni manjša od 400 × 0.8=320 MPa.

Običajni razredi žičnih palic za navadne vijake vključujejo:

1008K

1010

1015K

1032

1035

1040

CH38F

1039

Druge žične palice iz ogljikovega jekla, ki izpolnjujejo zahteve glede zmogljivosti

Zgornje žične palice iz ogljikovega jekla so same po sebi nemagnetne; nemagnetne lastnosti veljajo predvsem zapritrdilni elementi iz nerjavečega jekla. Po hladni obdelavi avstenitna nerjavna jekla razvijejo šibek magnetizem: 304M po hladni obdelavi ima magnetizem približno 1,6 μ do 2,0 μ, 304HC približno 1,01 μ do 1,6 μ, razred 316 po hladni obdelavi pa ima magnetizem pod 1,01 μ.

2. Običajni materiali za vijake visoke trdnosti

Vijaki z visoko trdnostjo zahtevajo materiale z večjo natezno trdnostjo, da zadostijo večjim zahtevam po prednapetosti in nosilnosti. Toplotna obdelava kaljenja in popuščanja pomembno vpliva na trdnost materiala. Po kaljenju 40Cr na splošno ne more stabilno izpolnjevati zahtev glede materiala za strukturne vijake visoke trdnosti razreda 10.9S; v omejenih pogojih pregleda se lahko površinska trdota po popuščanju uporabi kot predhodna referenca za stopnjo trdnosti materiala. Pod velikimi obremenitvami imajo visoko trdni vijaki iz različnih materialov različno odpornost proti zlomu z zakasnitvijo.

2.1 40Cr vijaki visoke trdnosti

Vijaki visoke trdnosti 40Cr se večinoma uporabljajo v nosilcih prostorskih povezav s krogličnimi vijaki. Njihova konstrukcijska trdnost je na splošno 390 MPa (d Večji ali enak 30 mm) ali 430 MPa (d < 30 mm), z relativno nizko prednatezno napetostjo pri normalni uporabi. Pri uporabi v pogojih, ki zahtevajo visoko predobremenitev, je treba skrbno oceniti in zagotoviti zapoznelo odpornost materiala na zlom.

2.2 20MnTiB visoko trdni vijaki

20MnTiB je nizkoogljično jeklo z borovo zlitino. Po kaljenju in popuščanju zagotavlja dobro uravnotežene celovite lastnosti, njegova odpornost proti zapoznelemu lomu pa je boljša od odpornosti na 40Cr in 40B, zaradi česar je primeren za povezovalne sklope jeklenih konstrukcij z visoko prednapetostjo in visoko napetostjo.

2.3 Standardno priporočena izbira materiala

V skladu s trenutnim kitajskim nacionalnim standardom za velike trdnostivijak s šestrobo glavosklopov matic in podložk za jeklene konstrukcije, priporočeni materiali za vijake razreda 10.9S so naslednji:

Velikost manjša ali enaka M24: 20MnTiB;

Velikost M27–M30: 35VB.

Visokotrdnostne vijake velikega premera je med popuščanjem težko utrditi, zato se je treba izogibati pretirano velikim premerom. Če so potrebni vijaki z velikim premerom, je treba delovno obremenitev ustrezno zmanjšati, utrjenost materiala pa je treba preveriti, da izpolnjuje zahteve glede zmogljivosti prečnega prereza.

3. Povzetek

Tako za običajne vijake kot za vijake visoke trdnosti izbira materiala neposredno vpliva na trdnost, žilavost, odpornost proti utrujenosti, odpornost proti zapoznelemu lomu in uporabno območje uporabe. Med izbiro je treba izbrati ustrezne razrede materiala in postopke toplotne obdelave v skladu z razredom obremenitve, zahtevami glede prednapetosti, delovnim okoljem in ustreznimi standardi, da se zagotovi zanesljivost spoja.