Hoch-starke Schraubensind aus hochfestem legiertem Stahl gefertigt und können großen Vorspannspannungen standhalten. Sie werden häufig für kritische Verbindungen in Eisenbahnschienen, Brücken, Stahlkonstruktionen, Hochdruck- und Ultrahochdruckgeräten eingesetzt. Der Bruchmodus hochfester Schrauben ist meist Sprödbruch. In Druckbehältern und Hochdruckgeräten wird im Allgemeinen eine große, standardmäßig festgelegte Vorspannung angewendet, um die Gesamtdichtleistung sicherzustellen.
Die Verbindung hochfester Schrauben beruht auf der Reibung zwischen den Kontaktflächen der verbundenen Komponenten, um ein relatives Gleiten zu verhindern. Um eine ausreichende Anti-Rutsch-Reibungskraft bereitzustellen, ist es notwendig, die Schraubenvorspannung zu erhöhen, die Klemmkraft der Komponenten zu erhöhen und den Reibungskoeffizienten der Kontaktflächen entsprechend zu erhöhen. Die Klemmkraft zwischen den Bauteilen wird vollständig durch die Schraubenvorspannung bereitgestellt. Daher muss für die Schraubenherstellung hochfester Stahl verwendet werden, der die wesentlichen Eigenschaften hochfester Schraubenverbindungen definiert.
Der Reibungskoeffizient hat großen Einfluss auf die Tragfähigkeit hochfester Schraubenverbindungen. Sie wird hauptsächlich durch den Zustand der Kontaktoberfläche und das Substratmaterial der verbundenen Teile bestimmt. Im Bauwesen werden Kontaktflächen üblicherweise durch Sandstrahlen und Stahldrahtbürsten behandelt, um Oxidablagerungen, Ölflecken und Verunreinigungen zu entfernen, um den Reibungskoeffizienten zu erhöhen und die Verbindungsstabilität sicherzustellen.
1. Gemeinsame Materialien und Leistungsmerkmale hochfester Schrauben
Die Zugfestigkeit, Härte und die umfassenden mechanischen Eigenschaften hochfester Schrauben hängen von den Substratmaterialien und den Wärmebehandlungsprozessen durch Abschrecken und Anlassen ab. Herkömmlicher vergüteter 40Cr-Stahl erfüllt kaum die Anforderungen an die MaterialleistungHochfeste Schrauben der Güteklasse 10.9-unter stabilen Bedingungen. Bei Routineprüfungen kann die Zugfestigkeit vorab anhand der Oberflächenhärte nach der Wärmebehandlung beurteilt werden. Schrauben aus verschiedenen Materialien unterscheiden sich offensichtlich im verzögerten Bruchverhalten und im Ermüdungsverhalten unter hohen -Beanspruchungsbedingungen.
Hochfeste 40Cr-Schrauben werden meist in Kugelgelenk-Gitterstrukturen mit relativ kontrollierbarer Tragfähigkeit eingesetzt. Die Auslegungsfestigkeit beträgt etwa 390 MPa für Schrauben mit einem Durchmesser größer oder gleich 30 mm und 430 MPa für Schrauben mit einem Durchmesser ＜ 30 mm, bei geringer Vorspannung unter normalen Arbeitsbedingungen. Bei Verwendung unter erschwerten Arbeitsbedingungen mit hoher Vorspannung und hoher Beanspruchung ist eine strenge Überprüfung der Widerstandsfähigkeit gegen verzögerten Bruch erforderlich. Insgesamt weist 20MnTiB-Material eine bessere Beständigkeit gegen verzögerten Bruch auf als 40Cr und 40B.
Gemäß GB/T 1231 sind die empfohlenen Materialien für große Sechskantschrauben der Güteklasse 10.9S mit hoher Festigkeit 20MnTiB für Spezifikationen kleiner oder gleich M24 und 35VB für Spezifikationen kleiner oder gleich M30. Bei Bolzen mit großem-Durchmesser und hoher-Festigkeit ist es schwierig, eine vollständige Abschreckdurchdringung zu erreichen, was zu einer ungeeigneten Kernfestigkeit führt. Daher sollten übergroße hochfeste Schrauben bei technischen Anwendungen vermieden werden. Bei Bedarf muss die konstruktive Arbeitsspannung reduziert werden, um einen Sicherheitsspielraum zu gewährleisten.
Ankerbolzen und speziell geformte Bolzen (einschließlich GB799-Standardankerbolzen und Bolzen vom Typ L-) decken einen Spezifikationsbereich von M6–M120 mit unbegrenzter Länge ab. Zu den gängigen Materialien gehören Q235, 45#-Stahl, Q345B, 40Cr und 35CrMoA. Zu den Strukturtypen gehören gerade Haken, Bogenhaken, Ankerklauen und versteifte Ankerplatten. Unter ihnen sind 40Cr und 35CrMoA spezielle hochfeste Materialien für die Schwerlastverankerung von Gerätefundamenten und Stahlkonstruktionen.
2. Passende Materialien und Implementierungsstandards für hochfeste Torshear-Schrauben
Für hochfeste Torshear-Schrauben der Güteklasse 10.9 für Stahlkonstruktionen (Reibungsverbindung mit einem Standardreibungskoeffizienten von 0,45) sind die passenden Materialien wie folgt spezifiziert: Schraubenmaterial: 20MnTiB; Mutternmaterial: 15MnVB. Diese Befestigungsbaugruppe entspricht der nationalen NormGB/T 3632-2008 Torshear-Typ hochfeste Schrauben-, Muttern- und Unterlegscheibenbaugruppen für Stahlkonstruktionen, die bei Beschaffung, Inspektion und Bau befolgt werden müssen.
3. Klassifizierung und Kriterien der Schraubenleistungsklassen
Die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffstahl undBolzen, Schrauben und Stehbolzen aus legiertem Stahlwerden in zehn Standardnoten eingeteilt: 3,6, 4,6, 4,8, 5,6, 5,8, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 und 12,9. Der anwendbare Gewindedurchmesser reicht von 1,6 mm bis 39 mm bei einer normalen Betriebstemperatur von -50 Grad bis 300 Grad. Die Arbeitstemperatur von Automatenstahlbefestigungen darf 250 Grad nicht überschreiten.
Einheitliche Branchenklassifizierung:Schrauben der Güteklasse 8.8 und höher werden aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt oder niedrig-legiertem Stahl durch Abschrecken und Anlassen und Wärmebehandlung hergestellt, definiert als hoch-feste Schrauben; Schrauben unter der Güteklasse 8.8 werden als gewöhnliche Schrauben definiert.
Jede Schraubenleistungsklasse besteht aus zwei Zahlen, die die Nennzugfestigkeitsklasse bzw. das Streckgrenzenverhältnis darstellen. Dabei handelt es sich um einen international universellen Standard. Schrauben derselben Güteklasse bieten unabhängig von Material und Herkunft gleichwertige mechanische Eigenschaften, daher wird bei der Designauswahl nur die Leistungsklasse berücksichtigt.
Beispiel 1: Normaler Bolzen der Güteklasse 4.6
1. Nennzugfestigkeit: 400 MPa;
2. Ertragsverhältnis: 0,6;
3. Nennstreckgrenze: 400 MPa × 0.6=240 MPa.
Beispiel 2: Hochfeste Schraube der Güteklasse 10.9 (nach Wärmebehandlung)
1. Nennzugfestigkeit: 1000 MPa;
2. Ertragsverhältnis: 0,9;
3. Nennstreckgrenze: 1000 MPa × 0.9=900 MPa.
