Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Твердость болтов

Твердость - болт - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Твердость - болт

Cтраница 1

Твердость болтов и шпилек принимается выше твердости гаек не менее чем на 30 единиц по Бринеллю. [1]

Твердость болтов по соглашению с заказчиком - может назначаться с отклонением в пределах 50 единиц Бринелля. [2]

При подборе пар болт или шпилька твердость гайки должна быть меньше твердости болта или шпильки не менее чем на 118 МПа. На резьбовой поверхности готового изделия обезуглероженный слой не допускается. Механические свойства материала крепежных изделий должны удовлетворять требованиям ( табл. 3.96) при диаметре заготовки. [3]

При выборе материала крепежных деталей следует учесть, что прочность и твердость болтов ( шпилек) должна быть выше, чем гаек. [4]

При изготовлении болтов, шпилек и гаек из стали одной марки твердость болтов и шпилек должна быть выше твердости гаек не менее чем на 30 единиц по Бри-неллю. [5]

При подборе пар болт или шпилька - гайка твердость гайки должна быть меньше твердости болта или шпильки не менее чем на 118 МПа. На резьбовой поверхности готового изделия обезуглероженный слой не допускается. Механические свойства материала крепежных изделий должны удовлетворять требованиям табл. 3.93 при диаметре заготовки или ее толщине до 200 мм. [7]

Соображения по выбору материала болтов ( шпилек) и гаек помещены в первом разделе. Твердость болтов ( шпилек) желательно иметь не менее чем на 30 единиц НВ выше твердости гаек к ним. Выбор материала болтов ( шпилек) в соединениях, работающих при высоких, низких или переменных температурах, необходимо согласовать с материалом фланцев в части коэффициента температурного удлинения. [8]

Крепежные детали для фланцевых соединений стандартизированы. При температуре транспортируемой среды более 250 С предпочтение следует отдавать шпилькам. Твердость болтов и шпилек должна быть выше твердости гаек не менее чем на 30 еди ниц по Бринеллю. [9]

К материалам крепежных деталей предъявляют повышенные требования. Их выполняют, как правило, из качественных углеродистых и легированных сталей с соответствующей термообработкой. Гайки, болты и шпильки изготовляют из сталей разных марок, причем прочность и твердость болтов ( шпилек) должна быть выше, чем гаек. Если рабочая температура превышает 100 С, то крепежные детали легированных ( аустенитных) сталей следует делать из того же материала во избежание температурных напряжений. [11]

Фланцы плоские приварные ( г) имеют самое широкое распространение на технологических трубопроводах низкого давления. Они отличаются низкой стоимостью, простотой изготовления, обеспечивают необходимую прочность соединения и могут быть присоединены к трубам с различной толщиной стенок. Фланцы изготовляют из стали марки МСт. Во избежание приго-рания гаек твердость металла гаек должна быть выше твердости болтов или шпилек. [12]

Соединения гуммированных и эмалированных трубопроводов всегда выполняют разъемными на фланцах. Соединение состоит из двух фланцев, резиновой или специальной прокладки и соединительных болтов с гайками. Они обеспечивают необходимую прочность соединения и могут быть присоединены к трубам с различной толщиной стенок. Фланцы изготовляют из стали марок МСт. Во избежание пригорания гаек твердость их металла должна быть выше твердости болтов или шпилек. Применение плоских приварных фланцев возможно для всех диаметров и рабочих давлений гуммированных и эмалированных трубопроводов. Иногда при сооружении гуммированных трубопроводов используют плоские приварные в стык ( воротниковые) фланцы. [13]

Страницы: 1

www.ngpedia.ru

Твердость - гайка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Твердость - гайка

Cтраница 2

Гайки и шпильки должны изготавливаться из сталей разных марок, а при изготовлении из стали одной марки - с разной твердостью. При этом твердость гайки должна быть ниже твердости шпильки не менее чем на 10 - 15 НВ. [16]

Для обеспечения свободного свинчивания шпильки и гайки выполняют из сталей разных марок или из стали одной марки, но различной твердости. При этом твердость шпильки должна превышать твердость гайки не менее чем на 12 НВ. [17]

Болты ( шпильки) и тайки должны изготовляться из сталей различных арок. При изготовлении их из стали одинаковой марки твердость болтав ( шпилек) должна быть выше твердости гаек в пределах 30 НВ. [18]

Гайки и шпильки ( болты) для соединений, работающих под давлением, должны изготавливаться из сталей различных марок. Допускается изготавливать шпильки ( болты) и гайки из сталей одной марки, но при этом твердость гаек должна быть ниже не менее чем на 15 НВ. [20]

Неравномерность нагрузки сглаживается осевой деформацией наиболее напряженных витков и радиальной деформацией наиболее напряженных поясов гайки. Для выравнивания нагрузки целесообразно увеличивать податливость гаек, выполняя их из менее твердого материала, чем болт ( для стальных гаек и болтов рекомендуемое соотношение твердости гайки и бол га 0 7 - 0 8), а также из материалов с низким модулем упругости, в результате чего пик напряжений, наблюдающийся у гаек сжатия ( рис. 366, а), выравнивается. [22]

Неравномерность нагрузки сглаживается осевой деформацией наиболее напряженных витков и радиальной деформацией наиболее напряженных поясов гайки. Для выравнивания нагрузки целесообразно увеличивать податливость гаек, выполняя их из менее твердого материала, чем болт ( для стальных гаек и болтов рекомендуемое соотношение твердости гайки и болта 0 7 - 0 8), а также из материалов с низким модулем упругости, в результате чего пик напряжений, наблюдающийся у гаек сжатия ( рис. 366, а), выравнивается. [24]

Для обеспечения нормального свинчивания гайки и шпильки следует изготовлять из сталей разных марок. При изготовлении крепежных изделий из стали одной марки твердость шпильки должна превышать твердость гайки не менее чем на 12 НВ. Все заготовки для шпилек диаметром М72 и более подвергают неразрушающему контролю методом УЗД. [26]

Страницы: 1 2

www.ngpedia.ru

Сравнение качества высокопрочных болтов класса прочности 12.9, изготовленных различными производителями

Горицкий В.М., зав. отделом экспертизы металлов, д.т.н.Гусева И.А., научный сотрудник отдела экспертизы металлов, к.т.н.Сотсков Н.И., зав. лабораторией исследования коррозии стали и защиты крепежа, к.т.н.ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»Гук В.О., технический директор, к.т.н.ООО «Болт.Ру»

Сравнение качества высокопрочных болтов класса прочности 12.9, изготовленных различными производителями

Возведение вместительных развлекательно-спортивных комплексов, стадионов, выставочных залов, высотных зданий с большими пролётами и толщиной элементов металлоконструкций 60–120 мм обусловливает интерес строителей к высокопрочным (в/п) болтам с более высоким классом прочности. Замена сварных соединений на болтовые сокращает сроки строительства и снижает требования к квалификации строителей. Кроме того, увеличение класса прочности болтов сокращает количество отверстий под болты и время их установки. По данным [1] при замене болтов из стали 40Х по ГОСТ Р 52643-2006 [2] с временным сопротивлением 1078 МПа на болты класса прочности 12.9 с временным сопротивлением 1274 МПа или на сверхпрочные болты с временным сопротивлением 1400 МПа и выше теоретическое снижение количества болтов в соединениях составит соответственно 15% и 23% и более.

В связи с введением с 01.01.2006 г. ГОСТ Р 52643-2006, открывшим для практического применения класс прочности болтов 12.9, возникает вопрос об их качестве и надёжности, под последним чаще всего понимают обеспечение длительной долговечности болтов в болтовых соединениях металлоконструкций. Согласно ГОСТ Р 52643-2006, для болтов класса прочности 12.9 рекомендуется сталь 20Х2НМТРБ (авторское свидетельство СССР на изобретение 954493). Опытные партии болтов М24 с временным сопротивлением 1590 МПа, т. е. с классом прочности значительно выше 12.9, из этой стали успешно выдержали испытания в промышленной атмосфере крупных предприятий горного и металлургического комплекса и при ускоренных испытаниях в условиях воздействия слабоагрессивной промышленной атмосферы с SO2. Снижение содержания углерода в высокопрочной хромистой стали и дополнительного ее легирования элементами Ni, Mo, Nb, Ti, B позволяют повышать сопротивление коррозионному растрескиванию (КР) и водородному охрупчиванию (ВО) в слабоагрессивной промышленной атмосфере болтов из стали 20Х2НМТРБ (по сравнению с болтами из стальи 40Х) [3]. Устойчивыми против КР после закалки с низким отпуском при температуре 240 °С оказались стали 30Х2НМАФ, 20Х2СНМФТАР, 20Х2НМФТАР и 20СМТАР [4]. На сталь 25Х2НМФАТ получено авторское свидетельство СССР № 1347493, кл. С22 С38/50 1987 г.

Последующие события перестройки прервали переход к промышленному производству в/п болтов класса прочности 12.9 из стали 20Х2НМТРБ и из других марок стали . В настоящее время болты класса прочности 12.9 поставляются зарубежными фирмами.

С целью гарантии качества крепежа для ответственных объектов применяется входной контроль. Так, при возведении металлоконструкций покрытия аэровокзального комплекса «Внуково-1» был использован входной контроль высокопрочных болтов М24 производства фирмы PEINER. Площадь покрытия здания составила 100 тыс. м2. В болтовых соединениях использовали 13000 болтов М24 с длиной стержней от 50 до 110 мм.

Благодаря контролю качества болтов за весь период строительства не было ни одного случая разрушения болтов М24 класса прочности 10.9 [5]. Переход к высокопрочным болтам более высокого класса прочности 12.9 требует увеличения внимания к качеству этих болтов.

Проведена работа по сравнению качества высокопрочных болтов, производимых фирмами PEINER (ФРГ) и GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD (Китай). Химический состав исследованных сталей приведён в табл. 1.

Таблица 1. Химический состав исследованных болтов

Типоразмер болта	Условный номер болта	Фирма производитель	Содержание элементов, % по массе
Типоразмер болта	Условный номер болта	Фирма производитель	С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu	Al	Ti	Другие элементы
М24х155	1	Peiner	0,31	0,20	0,87	0,007	0,010	1,15	0,09	0,12	0,039	0,030	V 0,010Mo 0,02B 0,003
М30х220 М30х155	2 3	GEM-YEARINDUSTRIALCO. LTD	0,40 0,40	0,26 0,27	0,70 0,71	0,006 0,008	0,011 0,014	0,96 0,97	0,03 0,03	0,07 0,08	- -	- -	Mo 0,16 Mo 0,16
30ХГТ ГОСТ 4543-71	-	-	0,24-0,32 ±0,01	0,17-0,37 ±0,05	0,80-1,10 ±0,05	≤0,035	≤0,035	1,00-1,30 ±0,05	-	-	-	0,03-0,09 ±0,02	-
38ХМ ГОСТ 4543-71	-	-	0,35-0,42 ±0,01	0,17-0,37 ±0,02	0,35-0,65 ±0,02	≤0,035	≤0,035	0,9-1,3 ±0,02	0,3-0,05	0,3	-	-	Mo 0,2-0,3 ±0,02

Методика проведения исследования

Измерения твёрдости по методу Бринелля проводили согласно ГОСТ Р 52627-2006 на гранях шестигранных болтов на твердомере 2109ТБ. Определение механических характеристик целых болтов при испытании на разрыв на косой шайбе осуществляли на гидравлическом прессе П-250. Испытания на динамический изгиб производили на маятниковом копре КМ-30 на образцах тип 1 по ГОСТ 9454-78, изготовленных из болтов М24х155, М30х220 и М30х155. Испытания на замедленное хрупкое разрушение (ЗХР) проводили на образцах, выточенных из болтов в соответствии с ГОСТ Р 52643-06 (Приложение Б). Образцы закрепляли в динамометре совместно с захватными приспособлениями в электрохимической ячейке, заполненной наводораживающим раствором (0,05 н. раствор Н2SO4 + 20 мг/л SeO2). Катодную поляризацию осуществляли источником постоянного тока плотностью 45-50 мА/см2. В качестве анода использовали платину.

Необходимое растягивающее усилие создавали в образце с резьбой М10 путём закручивания гайки обычным ключом. Уровень растягивающего напряжения устанавливали по автоматическому электронному измерителю деформаций АИД-4. Уровень напряжений в образцах варьировали в диапазоне (0,6–0,8)·σ/σВ, где σВ – фактическое временное сопротивление образца, изготовленного из болта.

Металл болтов М24х155 производства фирмы PEINER по содержанию Mn, Cr, Ti близок к химическому составу стали 30ХГТ по ГОСТ4543-71. Сталь 30ХГТ для изготовления высокопрочных болтов по ГОСТ Р 52643-2006 не предусмотрена. Металл болтов М24х155 по сравнению с марочным составом стали 30ХГТ содержит 0,003 % бора и 0,010 % ванадия. Бор существенно повышает прокаливаемость стали, а ванадий измельчает зерно стали 30ХГТ. Оба типоразмера болтов М30 изготовлены из стали марки 38ХМ по ГОСТ 4543-71 с пониженным (на 0,02 %) содержанием молибдена и повышенным (на 0,03–0,06 %) содержанием марганца. Близость по химическому составу болтов М30х155 и М30х95 указывают на то, что их изготовили из одной плавки.

Рис. 1. Общий вид узла 9-5В фермы 61TR-9 в месте присоединения фасонки и раскоса к узлу 9Н

Общим свойством сравниваемых болтов М24 и М30 является высокая степень чистоты металла по вредным примесям: S 0,005–0,008 % и P 0,010–0,014 %. Высокий уровень чистоты сравниваемых сталей 30ХГТ и 38ХМ выявляется и по содержанию цветных примесей: никелю и меди (см. табл. 1).

Болты класса прочности 12.9 производства фирмы GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD (Китай), были отобраны от необетонированных конструкций 61-63 ауттригерных этажей башни «Восток» комплекса «Федерация». Кроме того, с необетонированных участков конструкций были отобраны 3 разрушенных болта для установления их фактических механических свойств. Количество разрушенных болтов не превышала 0,1 % от общего количества установленных болтов. В металлоконструкции фермы 61ТR-9, узел 9-5В выявлено 3 разрушенных болта М30х155, что составляет 1,8 % от общего количества болтов в этом узле (168 штук) и существенно превышает процентное соотношение разрушенных болтов в пределах обследованной необеотонированной конструкции (рис. 1).

В табл. 2 представлены результаты испытаний на разрыв на косой шайбе целых болтов производства фирм GEM-YEAR INDUSTRIAL CO .LTD и PEINER. Как видно из табл. 2, один из исследованных болтов М30х220 китайского производства имеет повышенное временное сопротивление (на 53 МПа) по сравнению с нормируемым значением по ГОСТ Р 52643-2006 для болтов класса прочности 12.9. На этом болте установлены повышенные значения твёрдости (432…435 НВ). Остальные болты производства GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD и PEINER удовлетворяют требованиям, предъявляемых ISO 898/1:1999 к высокопрочным болтам (σВ ≥ 1220 МПа).

Таблица 2. Результаты испытаний на разрыв на косой шайбе

Фирмапроизводитель	Типоразмерболта	Максимальная нагрузкаРmax, Н	Временное сопротивлениеσВ, МПа
PEINER	24x155	490000	1388
GEM-YEAR INDUSTRIAL CO.LTD	M30x220M30x220M30x155	852600882000826140	151915721472
ГОСТ Р 52643-2006	М16-М30 класса прочности 12.9	-	Не менее 1274Не более 1519

Согласно результатам измерения твёрдости, выполненных на гранях головок болтов, выявлено заметное различие между болтами производства фирмы PEINER и GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD (табл. 3). Если все значения твёрдости болтов М24х155 удовлетворяют требованиям, предъявляемым ГОСТ Р 52643-2006 к высокопрочным болтам класса прочности 12.9, то для некоторых болтов М30х220 и М30х155 наблюдается отклонение от этих требований.

Таблица 3. Результаты измерения твёрдости болтов

Фирма производитель	Типоразмерболта	Условныйномер болта	Твёрдость
PEINER	M24x155	1234	388;390;388388;385;385380;388;388385;388;390
GEM-YEARINDUSTRIAL CO. LTD	M30x220	12345678910	388;388;383375;373;383393;375;388393;393;401404;406;406435;432;432363;388;375393;388;405388;388;388383;383;375
GEM-YEARINDUSTRIAL CO. LTD	M30x155	111213	395;388;388417;429;415415;420;420
ГОСТ Р 52643-2006	М16-М30 класса прочности 12.9	-	360 ≥ НВ ≤ 415

На двух болтах М30х155 (усл. № 12 и № 13) из трёх исследованных установлены повышенные значения твёрдости (417…429 НВ) по сравнению с нормированными значениями по ISO 898/1:1999 (< 414 HB) и ГОСТ Р 52643-2006 (≤ 415 НВ).

Определение твёрдости на торцах стержней трёх разрушенных болтов М30х220 (табл. 4) показывает заметное различие в значениях твёрдости по сечению стержня. Максимальная разница между значениями твёрдости у края резьбы и в центральной части стержня достигает 61 НВ.

Таблица 4. Результаты измерения твёрдости по сечению стержня болтов

Условный номер болта	Твёрдость НВ
1 р2 р3 р	401; 373; 401406; 398; 401406; 345; 401

Результаты испытаний высокопрочных болтов на ударный изгиб представлены в табл. 5. Видно, что болты М24х155 и М30х220 удовлетворяют требованиям, предъявляемым ГОСТ Р 52643-2006 к высокопрочным болтам класса прочности 12.9 исполнения ХЛ. Полученные значения ударной вязкости на образцах № 11 и № 14 не являются показательными, так как эти образцы имели дефект в виде продольной трещины (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид «половинки» ударного образца изготовленного из болта М30х220 после испытаний

Таблица 5. Результаты испытаний на ударный изгиб

Фирмапроизводитель	Типоразмер болта	Номер образца	Температураиспытания, оС		Ударнаявязкость КСU, Дж/см2	Доля вязкой составляющейв изломе, %
PEINER	M24x155	1234	+20-60-60-60		84,545,241,643,6	5061513
GEM-YEARINDUSTRIAL CO.LTD	M30x220 (образцы1-6 из болта № 3 и11-16 из болта № 4)	123456	+20+20+20-60-60-60		62,064,168,143,244,039,1	626575101210
	M30x220 (образцы1-6 из болта № 3 и11-16 из болта № 4)	111213141516	-60-60-60-60-60-60		17,044,239,829,046,142,0	578181020
	М30х155	12	-60-60	42,134,9		2016
ГОСТ Р 52643-2006	М16-М30класса прочности 12.9	-	+20-60	≥ 49≥ 39		--

* В образцах на боковой поверхности выявлена продольная трещина.

Один из двух образцов, изготовленных из болта М30х155, показывает КСU всего лишь на ~ 4 Дж/см2 ниже нормативного значения. Учитывая достаточно заметный уровень вязкой составляющей в изломе двух испытанных образцов при температуре –60 °С, следует признать удовлетворительными результаты испытаний на ударный изгиб болтов М30х155.

С целью более надёжной оценки качества болтов М30х155 провели испытания на замедленное хрупкое разрушение (табл. 6).

Таблица 6. Результаты испытаний на ЗХР

Условныйномеробразца	Нагрузка в рабочейзоне образца,σ/σВ	Критерии стойкости к ЗХРВремя разрушения, мин
Условныйномеробразца	Нагрузка в рабочейзоне образца,σ/σВ	Исследованный образец	ГОСТ Р 52643-2006
1.2	0,6	270	≥ 220
1.2	0,7	140	≥ 150
2.1	0,7	157	≥ 150
2.1	0,8	92	≥ 90

Видно, что время до разрушения образцов при нагрузке 0,6 σВ выше нормативного значения по ГОСТ Р 52643-2006. При нагрузках 0,7 σВ и 0,8 σВ получены неоднозначные результаты: на одном образце (из двух исследованных) время до разрушения ниже нормативного значения. Однако следует иметь в виду, что коэффициент концентрации напряжений Кi для болта М30 составляет 2,40, а для используемого образца с резьбой М10 Кi = 2,75. Таким образом, при уровне напряжений 0,7 σВ…0,8 σВ есть вероятность обнаружения склонности некоторых болтов к ЗХР. Последнее действительно выявлено при обследовании болтовых соединений металлоконструкций 59-65 аутригерных этажей башни «Восток» комплекса «Федерация». При этом контроль натяжения болтов по моменту закручивания с помощью динамометрического ключа с мультипликатором не выявил ослабленных болтов. Средняя величина момента затяжки составила 2400 Нм. Фактическая средняя величина усилия натяжения высокопрочных болтов после 2,5 лет эксплуатации составила 473 кН (48,3 тс).

Выводы

1. По результатам испытаний на разрыв болтов на косой шайбе, твёрдость и ударную вязкость в/п болты класса прочности 12.9 производства фирмы PEINER обладают большей стабильностью механических характеристик относительно требований ГОСТ Р 52643-2006 по сравнению с болтами фирмы GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD.

2. Высокопрочные болты М30х220 производства фирмы GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD обладают удовлетворительным сопротивлением замедленному хрупкому разрушению, однако при уровне напряжений 0,7 σВ и 0,8 σВ отдельные болты могут обнаружить склонность к замедленному хрупкому разрушению.

Литература1. Гладштейн Л.И., Бабушкин В.М. Высокопрочные болты класса прочности 12.9 в монтажных соединениях строительных металлоконструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2011, № 6, с. 37–39.2. ГОСТ Р 52643-2006. Болты и гайки высокопрочные и шайбы для металлических конструкций. Общие технические условия.3. Сотсков Н.И., Горицкий В.М., Морозова Л.Н. Сравнение склонности к коррозионному растрескиванию болтов из сталей 40Х и 20Х2НМФТРБ в слабоагрессивной среде // Физ.-хим. механика материалов. 1990, № 3, с. 115–117.4. Склонность стали для высокопрочных болтов к коррозионному растрескиванию и водородному охрупчиванию. Шляфирнер А.М., Сотсков Н.И., Панфилова Л.М., Подольская Э.П. // Физ.-хим. механика материалов. 1987, № 3, с. 105–110.5. Горицкий В.М., Гусева И.А., Сотсков Н.И., Гук В.В., Захаров В.В. Статистическая оценка качества высокопрочных болтов для аэровокзального комплекса «Внуково-1» // Крепёж, клеи, инструмент и… 2010, № 3, с. 21–23.

fastinfo.ru

Твердость - гайка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Твердость - гайка

Cтраница 1

Твердость гаек должна быть обычно несколько ниже твердости шпилек. [2]

Твердость гаек допускается равной твердости шпилек. [3]

Твердость гаек должна быть отличной от твердости шпилек. [4]

Твердость болтов и шпилек принимается выше твердости гаек не менее чем на 30 единиц по Бринеллю. [6]

При изготовлении шпилек, болтов и гаек твердость шпилек или болтов должна быть выше твердости гаек не менее чем на 10 - 15 НВ. [9]

При изготовлении шпилек, болтов и гаек твердость шпилек или болтов должна быть выше твердости гаек не менее чем на 10 - 15 НВ. [10]

При изготовлении шпилек или болтов и гаек из стали одной марки твердость шпилек или болтов должна быть выше твердости гаек не менее нем на 30 единиц по Бринелю. [11]

При изготовлении шпилек или болтов и гаек из стали одной марки твердость шпилек или болтов должна быть выше твердости гаек не менее чем на 30 единиц по Бринелю. [12]

При изготовлении болтов, шпилек и гаек из стали одной марки твердость болтов и шпилек должна быть выше твердости гаек не менее чем на 30 единиц по Бри-неллю. [13]

При изготовлении шпилек или болтов и гаек из стали одной марки твердость шпилек или болтов должна быть выше твердости гаек не менее чем на 30 единиц по Бринелю. [14]

При изготовлении шпилек или болтов и гаек из стали одной марки тве ость шпилек или болтов должна быть выше твердости гаек не менее чем на 30 единиц по Бринелю. [15]

Страницы: 1 2