Сооружения, механизмы, морской и речной транспорт, приборы и оборудование, предназначенные для эксплуатации в условиях с повышенной агрессией окружающей среды требуют использования материалов и крепежа с высокой прочностью и стойкостью к коррозии. Для этой цели наиболее подходящими являются метизы из нержавеющей аустенитной стали по ГОСТ Р ИСО 3506-1-2009.
Антикоррозийные свойства сплава объясняются его особым химическим составом.
Аустенитная структура материала сохраняется в процессе выплавки и отпуска благодаря минимальному количеству углерода в исходном сырье и присутствию легирующих добавок. Основная доля приходится на хром (свыше 15%) и никель (более 8%).
Хром способствует повышению стойкости против коррозии, никель – улучшению пластических свойств.
Классификация нержавеющего крепежа по прочностным показателям
Согласно ГОСТу все аустенитные стали разделены на три класса по прочности на растяжение:
- самый низкий класс 50 присвоен закаленной нержавеющей стали;
- к классу 70 относится холоднодеформированная сталь марки А2;
- класс 80 – это также сталь, полученная способом холодной деформации, содержащая, кроме хрома и никеля, молибден.
Стандарт предписывает обозначать марку стали и показатель прочности через дефис:
- А1-50 – это мягкий металл, наделенный границей крепости при разрыве ≤500 Н/мм2 или 500 МПа;
- А2-70 – холоднотянутая нержавеющая сталь, имеющая величину прочности на разрыв ≤ 700 Н/мм2 или 700 МПа;
- А4-80 – высокопрочный сплав с границей крепости при разрыве ≤ 800 Н/мм2 или 800 МПа.
Обозначение должно наноситься на оголовок крепежного изделия рядом либо параллельно с клеймом завода-производителя. Маркировка шпилек выполняется на гладком участке или в торце. Некоторые изготовители практикуют дополнительную цветовую кодировку класса стали. Для А2 принят зеленый тон, для А4 – красный.
Физико-механические свойства высокопрочного крепежа из аустенитных сплавов
Важнейшие механические характеристики аустенитных (нержавеющих) сплавов:
Какие механические характеристики имеют метизы (в частности болты) из стали марок А2 и А4 в зависимости от класса прочности показано в следующей таблице:
Если сравнивать механические качества болтов из нержавеющей стали с углеродистыми метизами, то картина будет примерно такая:
Отсюда понятно, что при близких прочих величинах, граница текучести у антикоррозионных сталей ниже. Значит их пластичность выше, поэтому нержавеющие болты либо шпильки не крушатся при увеличении размера предельно возможного затяжного усилия, а также при возникновении изгибающего давления сбоку. Завышенные нагрузки обычно приводят к поломке крепежа из обычной стали, тогда как у аустенитного изделия, в крайнем случае, только сорвется резьба.
Расчетная формула для установления нагрузки
Рассчитать предельно возможную нагрузку на метизы из нержавейки можно на основании прочностных показателей, используя следующую формулу. В качестве образца используется болт М12.А2-70.
Np 0.2 = As * Rp0.2 = 84.3 * 450 = 37935 Н, здесь:
As – размер площади сечения болта М12 (по ГОСТ Р ИСО 3506-1-2009);
Rp0.2 – предел текучести.
Далее, полученный результат нужно разделить на 20, чтобы получить размер рабочего усилия для этого болта: 37935/20=1896 кг. Но для обеспечения безопасности при работе с крепежом данного типа надежнее делить на 30.
Класс прочности – это одна из узловых характеристик нержавеющего сплава. Ее непременно надлежит учитывать при определении расчетных усилий на болтовой крепежный узел.