Ultra-yüksek-mukavemetli bağlantı elemanları, aynı sıkma kuvveti altında kendi boyutlarını azaltarak ağırlığı azaltabilir ve kurulum alanını artırabilir, böylece bağlı parçaların işlevi ve hacmi optimize edilebilir, böylece ekipman genel ağırlık azaltma ve performans optimizasyonu amacına ulaşabilir.
Peki yüksek-mukavemetli cıvatalar nelerdir? Yüksek mukavemetli cıvataların-güçlü yönleri nelerdir? Bugün size göstereyim.
28 Kasım 2021'de, Şanghay Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan Profesör Dong Han liderliğindeki yüksek-performanslı çelik malzeme ekibi, Hebei Longfengshan Casting Co., Ltd., Qifeng Precision Technology Co., Ltd., Zhoushan 7412 Fabrikası, Jiangsu Metalurji Teknolojisi Araştırma Enstitüsü, Şanghay Üniversitesi (Zhejiang) Yüksek-Son Teknoloji Ekipman Temel Parçalar Malzeme Araştırma Enstitüsü, Şanghay Üniversitesi Yeni Malzemeler (Taizhou) Araştırma Enstitüsü ve diğer yedi birim, bir yılı aşkın ortak araştırmadan sonra, çelik malzemelerin yüksek-performans teorisini temel alan "malzeme üretimi-bağlantı elemanı imalatı-hizmet değerlendirmesi" tam sektör zinciri işbirliği yoluyla, Longfengshan Casting tarafından üretilen yüksek-saflıktaki demir hammaddelerini kullanarak B17.8 ve B19.8 çeliklerini başarıyla geliştirdi. 16,8 ve 19,8 dereceli bağlantı elemanı üretim teknolojisini oluşturan ultra-yüksek-mukavemetli bağlantı elemanları.
16.8 ve 19.8 kalite bağlantı elemanları
1
Yüksek-mukavemetli cıvata nedir?
Yüksek-mukavemetli cıvata (Yüksek-Mukavemetli Sürtünme Kavrama Cıvatası), İngilizce birebir çevirisi: yüksek-mukavemetli sürtünme önceden yüklenmiş cıvata, İngilizce kısaltma: HSFG. Çin yapımında bahsettiğimiz yüksek-mukavemetli cıvataların, yüksek-sürtünmeli ön-sıkma cıvatalarının kısaltması olduğu görülebilir. Günlük iletişimde "sürtünme" ve "kavrama" kelimeleri basitçe kısaltılmıştır, ancak birçok mühendislik ve teknik personel yüksek-mukavemetli cıvataların temel tanımını yanlış anlamaktadır.
Yanlış anlama 1:
Malzeme kalitesi 8,8'i aşan cıvatalar "yüksek-mukavemetli cıvatalar" mıdır?
Yüksek-mukavemetli cıvatalarla sıradan cıvatalar arasındaki temel fark, kullanılan malzemenin mukavemeti değil, kuvvetin biçimidir. Önemli olan, ön-sıkma kuvvetinin uygulanıp uygulanmayacağı ve kesmeye karşı direnç için statik sürtünmenin kullanılıp kullanılmayacağıdır.
Aslında, İngiliz standardında ve Amerikan standardında, spesifikasyonda adı geçen yüksek-mukavemetli cıvataların (HSFG CIVATA) yalnızca iki türü vardır: 8,8 ve 10,9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 ve ASTM-490), sıradan cıvatalar ise 4,6, 5,6, 8,8, 10,9, 12,9, vb. (BS 3692 11 Tablo 2); yüksek mukavemetli cıvataları sıradan cıvatalardan ayırmanın anahtarının malzemenin mukavemeti olmadığı görülebilir.
2
Yüksek-mukavemetli cıvataların gücü nerede?
GB50017'ye göre, tek bir sıradan cıvatanın (Sınıf B) 8,8 ve yüksek-mukavemetli bir cıvatanın 8,8 çekme ve kesme mukavemetini hesaplayın.
Hesaplama sonucunda, aynı sınıfta sıradan cıvataların çekme dayanımı ve kesme dayanımı tasarım değerlerinin, yüksek-mukavemetli cıvatalardan daha yüksek olduğunu görebiliriz.
Peki yüksek-mukavemetli cıvataların "gücü" nerede?
Bu soruyu yanıtlamak için iki cıvatanın tasarım çalışma durumundan başlamalı, elastik-plastik deformasyon yasasını incelemeli ve tasarım bozulduğundaki sınır durumunu anlamalıyız.
Sıradan cıvataların ve yüksek-mukavemetli cıvataların çalışma koşulları altındaki gerilim-gerinim eğrileri
Tasarım yok edildiğindeki sınır durumu
Sıradan cıvatalar: Vida çubuğunun kendisi tasarım toleransını aşan plastik deformasyona uğrar ve vida çubuğu kesilir.
Sıradan cıvata bağlantılarında, kesme kuvveti taşınmaya başlamadan önce bağlantı plakaları arasında göreceli kayma meydana gelecek ve daha sonra cıvata çubuğu ile bağlantı plakası temas edecek, elastik-plastik deformasyon meydana gelecek ve kesme kuvveti karşılanacaktır.
Yüksek-mukavemetli cıvatalar: Etkin sürtünme yüzeyleri arasındaki statik sürtünmenin üstesinden gelinir ve iki çelik plaka, tasarım hususlarında yok edildiği düşünülen göreceli yer değiştirmeye uğrar.
Yüksek-mukavemetli cıvata bağlantılarında sürtünme öncelikle kesme kuvvetine dayanır. Yük, sürtünme kuvvetinin kesme kuvvetine karşı koyamayacağı noktaya kadar arttığında, statik sürtünme kuvvetinin üstesinden gelinir ve bağlantı plakası göreceli kaymaya (sınır durumu) maruz kalır. Bununla birlikte, bu sırada tahrip olmasına rağmen cıvata çubuğu bağlantı plakasıyla temas halindedir ve kesme kuvvetine dayanmak için hâlâ kendi elastik-plastik deformasyonunu kullanabilir.
Yanlış Kanı 2:
Yüksek taşıma kapasitesi, yüksek-mukavemetli cıvatalar anlamına mı geliyor?
Tek bir cıvatanın hesaplanmasından, çekme ve kesme durumunda yüksek-mukavemetli cıvataların tasarım dayanımının sıradan cıvatalara göre daha düşük olduğu görülebilir. Yüksek mukavemeti temel olarak şudur: normal çalışma sırasında, düğüm noktasında herhangi bir bağıl kaymaya, yani küçük elastik-plastik deformasyona ve büyük düğüm sertliğine izin verilmez.
Verilen tasarım düğüm yükü altında, yüksek-mukavemetli cıvatalarla tasarlanan düğümlerin, kullanılan cıvata sayısından tasarruf etmedikleri ancak küçük deformasyona, yüksek sağlamlığa ve yüksek güvenlik rezervine sahip oldukları görülebilir. Yüksek-mukavemetli cıvatalar, ana kirişler ve büyük düğüm sertliği gerektiren diğer yerler için uygundur; bu, "güçlü düğümler, zayıf çubuklar" şeklindeki temel sismik tasarım ilkesine uygundur.
Yüksek-mukavemetli cıvataların gücü, taşıma kapasitesinin kendi tasarım değerinde değil, tasarım düğümlerinin büyük sertliğinde, yüksek güvenlik performansında ve güçlü-tahribat önleme yeteneğinde yatmaktadır.
3
Yüksek-mukavemetli cıvatalar ile sıradan cıvatalar arasındaki karşılaştırma
Sıradan cıvatalar ve yüksek{0}mukavemetli cıvatalar, farklı tasarım kuvveti ilkeleri nedeniyle inşaat muayene yöntemlerinde büyük farklılıklara sahiptir.
Aynı sınıftaki sıradan cıvataların mekanik performans gereksinimleri, yüksek-mukavemetli cıvatalardan biraz daha yüksektir, ancak yüksek-mukavemetli cıvataların, sıradan cıvatalara kıyasla bir darbe enerjisi kabul gereksinimi daha vardır.
Sıradan cıvataların ve yüksek-mukavemetli cıvataların işaretlenmesi, aynı kalitedeki cıvataların-yerinde tanımlanması için temel yöntemdir. Yüksek-mukavemetli cıvataların tork değerini hesaplamak için İngiliz ve Amerikan standartlarındaki değerleri farklı olduğundan, iki standardın cıvatalarını da tanımlamak gerekir.
Yüksek-mukavemetli cıvatalar: (M24, L60, 8,8 dereceli)
Sıradan cıvatalar: (M24, L60, 8,8 derece)
Sıradan cıvataların, yüksek-mukavemetli cıvataların fiyatının yaklaşık %70'i olduğu görülebilir. Kabul gerekliliklerinin karşılaştırılması ile birleştirildiğinde, premium kısmın malzemenin darbe enerjisi (tokluk) performansını sağlayacak şekilde olması gerektiği sonucuna varılabilir.
4
Cıvataların yorulma mukavemeti nasıl artırılır
Hangi karmaşık yükler karşılanırsa taşınsın, yüksek-mukavemetli cıvataların yaygın hasar şekli yorulma arızasıdır. 1980 gibi erken bir tarihte uzmanlar, %50'sinden fazlası yorulma arızası olan 200 cıvata bağlantı arızası vakasını inceledi. Yüksek mukavemetli cıvataların yorulma direncini artırmak-çok önemlidir.
Cıvata yorulma kırılması aşağıdaki özelliklere sahiptir:
1. Yorulma kırılmasının maksimum gerilimi, malzemenin statik gerilim altındaki mukavemet sınırından çok daha düşüktür ve hatta akma sınırından da düşüktür.
2. Yorulma kırıkları, belirgin plastik deformasyonu olmayan gevrek kırılmalardır.
3. Yorulma kırılması belli ölçüde mikroskobik hasar birikiminin sonucudur.
Cıvatalar için arıza formu esas olarak dişli kısmındaki plastik deformasyon ve vidanın yorulma kırılmasıdır; bunlar arasında:
Hasarın %65'i somuna bağlanan ilk dişte meydana gelir;
Hasarın %20'si diş ile çıplak çubuk arasındaki geçişte meydana gelir;
Hasarın %15'i cıvata başı ile vida arasındaki geçiş yarıçapında meydana gelir.
01
Stres konsantrasyonunu azaltmak için tasarımı optimize edin
Gerilim yoğunlaşmasını ortadan kaldırmak için cıvatanın uç boyutunu sıkı bir şekilde kontrol edin:
A. Daha büyük bir geçiş yarıçapı kullanın;
B. Bir kabartma oluğu kesin;
C. İpliğin ucunda bir arka kesici oluğu kesin;
D. Cıvatanın baş eğim açısının optimize edilmesi aynı zamanda gerilim konsantrasyonunu da etkili bir şekilde azaltabilir;
e. Güçlendirilmiş iplikler kullanın.
Takviyeli diş ile sıradan diş arasındaki ana fark, dış dişin küçük çapı d1 ve kök geçiş dolgusu R'dir.
Takviyeli vida dişinin ana özelliği, d1 küçük çapının sıradan vida dişinden daha büyük olması, kök geçiş dolgu yarıçapının artması, R'nin artması, cıvatanın gerilim konsantrasyonunun azaltılması ve R: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P için özel gerekliliklerin bulunmasıdır; burada P adımdır, sıradan vida dişinin ise böyle bir gereksinimi yoktur ve hatta düz bir bölüm bile olabilir.
02
Üretim sürecini iyileştirin
Cıvataların üretim prosesi sırasında ısıl işlem ve yüzey işleme proseslerinin kontrolünün güçlendirilmesi, cıvataların yorulmasını etkili bir şekilde iyileştirebilir.
A. Isıl işlem Cıvatalar önce ısıl işleme tabi tutulur ve daha sonra haddelenir; bu, cıvataların içinde büyük bir artık basınç gerilimi oluşturur, böylece çatlakların oluşumu ve gelişimi yavaşlatılır, böylece cıvataların yorulma mukavemeti artar.
Isıl işlem sırasında dekarbürizasyon da önlenmeli, yüzey dekarbürizasyonu olan ve olmayan cıvataların yorulma mukavemetleri karşılaştırılmalıdır.
Karbon dekarbürize tabakada oksitlendiğinden metalografik yapıdaki sementit miktarı normal yapıya göre daha az olduğundan mekanik özelliklerdeki mukavemeti veya sertliği normal yapıya göre daha düşüktür.
Genellikle yüzey dekarbürizasyonu olduğunda cıvatanın yorulma mukavemeti %19,8 oranında azalır.
B. Fosfatlama Cıvata yüzeyinin fosfatlama işlemi paslanmayı önlemek ve montaj sırasında sürtünmeyi dengelemek içindir, ancak fosfatlama işlemi aynı zamanda aşınmayı da azaltabilir.
Diş açma işlemi sırasında diş çekme çarkı dişi ile vida dişi arasındaki sürtünmenin azaltılması, diş açma işleminden sonra cıvata dişindeki gerilim dağılımı üzerinde olumlu bir etkiye sahip olacak ve dişin yüzey pürüzlülüğünü azaltacaktır.
03
Uygun ön yüklemeyi ayarlama
Sıradan cıvata bağlantısındaki vidanın çekme kuvveti esas olarak ön taraftaki üç-diş gerilimi-taşıyıcı diş tarafından karşılanır.
Başlangıç ön yükü yeterince büyük olduğunda, diş kökünün bir kısmı lokal olarak plastik deformasyona girecek ve bu diş köklerinde artık gerilim oluşacaktır. Diş kökünde üretilen artık basınç gerilimi, ipliğin yorulma mukavemetini arttırabilir.
Aynı zamanda, plastik deformasyondan sonra diş, ipliğin kuvvet dağılımını da iyileştirebilir ve diş dişleri üzerindeki temas basıncını azaltabilir.
Bu aynı zamanda ipliğin yorulma mukavemetini de arttırır.
Ön yük ne kadar büyük olursa, cıvata bağlantısının bağlantı ayrılmasına karşı koyma yeteneği o kadar büyük olur ve ön yük gevşemesine karşı koyma yeteneği o kadar büyük olur. Aynı zamanda cıvata bağlantısının gerçek etkin yorulma mukavemeti de daha yüksektir.
Bu nedenle, cıvata bağlantısının ön yükünün arttırılması, cıvata bağlantısının döngüsel dış yükler altında yorulma arızasına karşı direnç gösterme kabiliyetinin geliştirilmesine yardımcı olur ve cıvata bağlantısının titreşim darbe kuvveti ve sınırlı aşırı yük altında yorulma arızası riskini azaltır.
