Třídy pevnosti v tahu šroubů a matic z nerezové oceli

Pevnost v tahu oceli a nerezové oceli je důležitým parametrem, pokud jde o nosnost a bezpečnost závitových spojů. Je tvořena dvěma klíčovými parametry pro ocelové šrouby, na jejichž základě lze snadno stanovit pevnost v tahu a mez kluzu. Ale počínaje určitou velikostí jsou šrouby z nerezové oceli a matice z nerezové oceli označeny kombinací písmen a číslic (např. A4-80). Kombinace písmen a číslic uspořádaná před spojovníkem přiřazuje šroub tak označené skupině materiálu a ocelové skupině, a poskytuje tak informace o základních vlastnostech materiálu šroubu. Číslo 80 vpravo od spojovníku označuje třídu síly. Tento článek ukazuje, jak používat pevnostní třídu šroubů z nerezové oceli ke stanovení jejich limitů použití a poskytuje přehled nosnosti typických tříd pevnosti.

Co je pevnost v tahu?

Pevnost v tahu popisuje maximální hodnotu mechanického namáhání, kterou materiál snáší před selháním. Obvykle je vyjádřena v megapascalech (MPa) nebo v newtonech na milimetr čtvereční (N/mm²). U upevňovacích prvků je pevnost v tahu obzvláště důležitá, protože určuje maximální zatížení, které může prvek absorbovat bez selhání.

Vzorec pro výpočet pevnosti v tahu

Pro výpočet pevnosti v tahu neexistuje univerzální vzorec pevnosti v tahu, protože závisí na různých podmínkách (materiál, složení a zpracování slitin). Pevnost v tahu je zpravidla stanovena empiricky testováním materiálu a následně shrnuta v tabulkách pevnosti v tahu pro šrouby a nerezovou ocel v materiálových datových listech nebo normách. Je však možné vypočítat zátěž materiálu, když je vystaven zatížení v tahu. Obecné složení pro zatížení(σ) v materiálu pod zatížením v tahu je:

kde:

• σ = zatížení v Pascalech (Pa)
• F = tahová síla působící na materiál v Newtonech (N)
• A = plocha průřezu materiálu vystavená tahové síle v metrech čtverečních (m²).

Ke stanovení pevnosti v tahu např. oceli a nerezové oceli lze použít maximální pevnost v tahu (F) a nejmenší plochu průřezu (A), na které byl materiál testován. Pevnost v tahu je typicky vyjádřena v Megapascalech (MPa).

Přehled tříd nerezové oceli

Nerezová ocel je obecný termín pro přibližně 120 různých druhů korozivzdorné oceli. Jednotlivé slitiny slouží různým účelům a použití. Všechny však obsahují chrom a případně také nikl, které jsou odpovědné za odolnost proti korozi. Prvky reagují s kyslíkem ze vzduchu a vytvářejí tenkou ochrannou vrstvu oxidu na povrchu oceli. Tato oxidová vrstva se nazývá pasivní vrstva a zabraňuje dalšímu kontaktu kyslíku se spodním železem, čímž zabraňuje korozi a rzi. Ve srovnání s nízkolegovanými ocelemi nebo konstrukčními ocelemi je pevnost v tahu nerezové oceli relativně vysoká. Například nerezová ocel 1.4301 má pevnost v tahu 500–700 N/mm² (porovnání: pro konvenční konstrukční ocel je pevnost v tahu 300–590 N/mm²). DIN 17440 a DIN EN ISO 3506 platí pro nerezové oceli. Hlavní kategorie nerezové oceli jsou následující.

Nerezová ocel, austenitická

Tyto nerezové oceli se vyznačují vysokým obsahem chromu a niklu, obvykle nad 16 % chromu a nad 8 % niklu. Jsou nemagnetické a mají vynikající odolnost proti korozi a svařovatelnost. Písmeno A v názvu nerezové oceli, jako je V2A, označuje, že se jedná o austenitickou nerezovou ocel.

Feritické nerezové oceli

Feritické nerezové oceli obsahují vysoké množství chromu, ale málo nebo žádný nikl. Jsou magnetické a nabízejí dobrou odolnost proti korozi v neagresivním prostředí. Písmeno F se používá v názvu nerezové oceli k označení, že se jedná o feritické nerezové oceli.

Martenzitová nerezová ocel

Martenzitové nerezové oceli se vyznačují vysokým obsahem uhlíku a středním až vysokým obsahem chromu. Jsou magnetické a mají vynikající tvrdost a odolnost proti opotřebení. Martenzitové nerezové oceli se často používají v nožích a nástrojích. Písmeno C v názvu martenzitové nerezové oceli označuje obsah uhlíku.

Duplexní nerezové oceli

Duplexní nerezová ocel má ve své slitině směs austenitické a feritické struktury. Poskytují dobrou odolnost proti korozi a pevnost a jsou obzvláště užitečné v prostředích s vysokými koncentracemi chloridů, jako je chemický průmysl a mořská voda.

Šrouby a matice z nerezové oceli

Šrouby a matice z nerezové oceli jsou známé svou robustní odolností proti korozi. Je však možné, že nerezová ocel začne také korodovat, např. v důsledku cizí rzi při kontaktu s rezivými kovy. Třída pevnosti šroubů poskytuje informace o tom, kolik zátěže dokáží absorbovat.

Pevnost v tahu šroubů z nerezové oceli

Pevnost v tahu šroubů z nerezové oceli je určena jako pevnostní třída. Třída pevnosti je kombinací pevnosti v tahu a meze kluzu pevnosti v tahu:

Pod mezí kluzu se materiál po deformaci vrátí do původního stavu, nad mezí kluzu zůstává deformace. Nicméně 0,2% mez kluzu je často specifikována namísto meze kluzu, protože mez kluzu není při zkoušce tahem vždy jasně identifikovatelná. Popisuje zátěž, při které se trvalé prodloužení po úlevě rovná 0,2 %. Jako vodítko jsou uvedeny tabulky tříd pevnosti šroubů. V minulosti bylo běžné v tabulkách specifikovat pevnost v tahu šroubů v kg, ale dnes je vyjadřována především v Pascalech (Megapascal) nebo Newtonech (na milimetr čtvereční).

Třída pevnosti přímo ovlivňuje maximální točivý moment, který lze vyvinout na šroub nebo matici. Při výběru správného šroubu nebo matice z nerezové oceli je proto třeba nejprve určit, jaký točivý moment je pro bezpečnou instalaci vyžadován a zda třída pevnosti umožňuje tento točivý moment.

Kromě třídy pevnosti - 80 v příkladu zde - označení A4 specifikuje skupinu materiálu a typ oceli šroubu nebo matice z nerezové oceli. Odkazuje na chemické složení nerezové oceli a související vlastnosti odolnosti proti korozi a odolnosti proti kyselinám. A2 například označuje austenitickou nerezovou ocel s určitými chromovými a niklovými komponentami. Nerezová ocel se štítkem A4 je také odolná vůči kyselinám nebo mořské vodě.

MISUMI nabízí širokou škálu šroubů z nerezové oceli s širokou škálou tříd pevnosti.

Pevnost v tahu matic z nerezové oceli

Klasifikace matic je o něco méně specifická než u šroubů, protože se často používají v kombinaci se šrouby, a proto by měly být primárně spárovány se šroubem. Obecně jsou matice z nerezové oceli často navrženy tak, aby odpovídaly stejné nebo vyšší třídě pevnosti v tahu jako přidružený šroub.

Mechanické vlastnosti matic z nerezové oceli a ocelových matic jsou vyjádřeny pevnostními třídami a garantovaným zatížením, které odpovídá pevnostní klasifikaci spárovaného šroubu.

Protože se matice z nerezové oceli používají s odpovídajícími šrouby z nerezové oceli, tloušťka materiálu matice z nerezové oceli je obvykle určena tloušťkou materiálu šroubu vyrobeného ze stejného materiálu. Kvůli této shodě se často předpokládá, že při použití kombinace šroubů a matic z nerezové oceli nedojde k žádnému smykovému selhání závitů. Je však důležité poznamenat, že nízkoprofilové matice s pouze několika blokovacími závity by měly být používány opatrně, aby se zabránilo selhání nožů na závitech.

Tabulka pevnosti v tahu nerezové oceli

Přehled pevnosti v tahu různých stupňů nerezové oceli naleznete v tabulce níže. Uvedené hodnoty představují obecné pokyny a mohou se mírně lišit v závislosti na výrobním procesu, tepelném zpracování a specifické slitině. Doporučujeme prostudovat si materiálové listy a technické specifikace, kde naleznete podrobné informace o vašich požadavcích.

• Číslo ve třídě síly odpovídá 1/10 jmenovité hodnoty minimální pevnosti v tahu.
• Příklad: Třída pevnosti A2-50 pro austenitické materiály odkazuje na materiál s pevností v tahu 500 N/mm², mezí kluzu 210 N/mm² a prodloužením při přetržení 0,6 d.
• Nerezové oceli jsou klasifikovány do typů (austenitické, martenzitové a feritové) a třídy pevnosti martenzitové oceli jsou stanoveny na základě rozdílů v tepelném zpracování.

Odkaz na další články blogu o šroubech

Pokud se chcete podrobněji zabývat tématem šroubů, můžete najít více informací v následujících článcích na blogu:

• Výpočet pevnosti ve smyku a tahu pro šrouby