Черная планка с полной резьбой: сорта, использование и руководство по выбору

A черная планка с полной резьбой представляет собой непрерывный стальной стержень с резьбой, идущей от одного конца к другому, отличающийся темной неотражающей поверхностью. Обозначение «черный» имеет решающее значение, поскольку оно описывает защитное покрытие — обычно черный оксид, черный фосфат или обычная горячекатаная прокатная окалина - это определяет коррозионную стойкость стержня, его смазывающую способность и подходящее применение. Наиболее распространенными марками стержней с черной резьбой являются углеродистые стали марок 4.6, 4.8, 8.8 и 10.9 по метрической системе ISO, при этом легированная сталь B7 является стандартом для высокотемпературных болтовых соединений в соответствии с ASTM A193. Выбор правильного сорта и отделки в первую очередь определяется требованиями к растягивающей нагрузке, воздействием окружающей среды, а также тем, будет ли стержень использоваться в сухом помещении, во влажной среде или в условиях высоких температур и давления.

Расшифровка «черной» отделки: виды и функциональные отличия

Термин «черный» в контексте стержня с резьбой не относится к единой стандартизированной отделке. Он включает в себя несколько различных обработок поверхности, каждая из которых имеет свой уровень защиты от коррозии, коэффициент трения и внешний вид. Если спутать одно черное покрытие с другим, это может привести к преждевременной ржавчине, истиранию резьбы или неправильному соотношению крутящего момента и натяжения в важных болтовых соединениях.

Простая горячекатаная отделка, которую в торговле часто называют «одноцветной» или «черной полосой», является наиболее экономичной и наиболее распространенной для резьбовых стержней общего назначения, продаваемых в магазинах скобяных товаров. Черное оксидное и фосфатное покрытие представляют собой конверсионные покрытия, которые изменяют химический состав поверхности стали без увеличения толщины, что означает, что они не влияют на посадку резьбы или шаговый диаметр. Черный цинк, напротив, представляет собой гальваническое покрытие, которое действительно увеличивает толщину — обычно от 5 до 12 микрон — и это необходимо учитывать в допуске резьбы. Для оцинкованной резьбовой планки требуются гайки, изготовленные с припуском на нарезку, чтобы обеспечить свободную сборку.

Марки стали и механические свойства стержней с черной резьбой

Механические характеристики черного стержня с полной резьбой определяются маркой его стали, которая определяет минимальный предел прочности, предел текучести и удлинение. Метрическая система оценок ISO, определенная в ISO 898-1 для крепежа из углеродистой стали. , использует двузначный код, где первая цифра, умноженная на 100, дает приблизительный минимальный предел прочности на разрыв в МПа, а произведение двух цифр, умноженное на 10, дает приблизительное соотношение текучести к растяжению. Выбор неправильной марки для рабочей нагрузки приводит либо к пластической деформации из-за текучести, либо к хрупкому разрушению из-за перегрузки.

Маркировка класса на черном стержне с резьбой обычно наносится на одном или обоих концах стержня или на поверхности прилагаемой к нему гайки. Пруток марки 8,8 также может иметь закаленную и отпущенную микроструктуру, которую можно определить в лаборатории по структуре зерен отпущенного мартенсита. В полевых условиях отсутствие маркировки отметок является предупреждающим знаком. Черная полоса без видимого штампа должна относиться к классу 4,6 или ниже и не должна использоваться в каких-либо несущих устройствах, где отказ может привести к травмам или материальному ущербу.

Характеристики резьбы и классы посадки

Резьба на стержне с полной резьбой не является стандартной характеристикой товара; они изготавливаются по определенному классу допуска, который определяет, как стержень сопрягается с гайками и резьбовыми отверстиями. Стандартной резьбой для стержней с метрической черной резьбой является Метрический профиль крупной резьбы ISO (М-профиль) согласно ISO 68-1 , с углом фланга 60 градусов. Класс допуска обычно 6г для внешней резьбы на стержне , что обеспечивает среднюю посадку и сочетает в себе простоту сборки и устойчивость к ослаблению при вибрации.

Для стержней, которые будут использоваться с гайками, резьба стержня 6g в сочетании с резьбой гайки 6H обеспечивает стандартную посадку с зазором ISO. Когда стержень предназначен для ввинчивания в резьбовое отверстие, а не для использования с гайкой, класс посадки становится более важным. Резьба стержня 6g в резьбовом отверстии 6H обеспечивает достаточный зазор для большинства применений, но для прецизионного оборудования или там, где стержень необходимо часто снимать и переустанавливать, можно указать более плотную посадку стержня с резьбой 5g/6g. Класс резьбы редко указывается на самой планке; это производственная спецификация, которая должна быть подтверждена документацией поставщика.

Нарезанная и накатанная резьба: метод изготовления и его влияние

Метод, используемый для формирования резьбы на черном стержне с полной резьбой, существенно влияет на усталостную прочность стержня, качество поверхности и постоянство размеров. Накатка резьбы, при которой профиль резьбы подвергается холодной штамповке путем прижатия штампов из закаленной стали к вращающемуся стержню, позволяет получить резьбу с превосходными механическими свойствами. Процесс холодной обработки сжимает и упрочняет поверхность резьбы, создавая слой сжимающих остаточных напряжений это задерживает появление усталостных трещин. Накатанная резьба также имеет более гладкую поверхность, поскольку материал смещается, а не разрезается, что приводит к меньшему количеству дефектов поверхности, вызывающих возникновение напряжений.

Нарезанная резьба, полученная путем удаления материала с помощью матрицы или одноточечного режущего инструмента, имеет свойственный недостаток: она прорезает линии течения зерен стали. Это приводит к образованию оголенных концов зерен в основании резьбы, которые более подвержены коррозии и возникновению усталостных трещин. Для стержня с резьбой класса 8,8 или 10,9, подвергающегося циклической нагрузке, накатанная резьба может обеспечить усталостную долговечность на 50–100 % дольше. чем эквивалентная нарезанная резьба. Надбавка к цене за пруток с накатанной резьбой скромна и оправдана в любых условиях, связанных с вибрацией, циклическим изменением давления или динамическими нагрузками.

Защита от коррозии и ограничения черной отделки

Никакая черная отделка не обеспечивает такого же уровня защиты от коррозии, как горячее цинкование или нержавеющая сталь. Черный стержень с полной резьбой по сути представляет собой изделие из углеродистой стали с косметическим или слегка защитным поверхностным слоем, и он ржавеет при воздействии влаги, конденсата или атмосферных воздействий без дополнительной защиты. Простая горячекатаная прокатная окалина практически не обеспечивает барьерной защиты; во влажных условиях он задерживает появление красной ржавчины всего на несколько дней. Черный оксид, хотя и привлекателен, представляет собой слой магнетита (Fe₃O₄), который по своей природе является пористым и для герметизации поверхности используется масляная или восковая пленка после обработки. Без этого герметика черный оксид обеспечивает незначительную коррозионную стойкость.

Для применений, где стержень будет виден и подвержен периодическому воздействию влаги (например, архитектурная фурнитура, сборка мебели или опоры внутренних перил), черный фосфат с дополнительным масляным покрытием или черным цинкованием обеспечивает наиболее долговечное решение, если не считать перехода на нержавеющую сталь. Черное цинкование со слоем пассивата трехвалентного хрома позволяет добиться 96 часов нейтральной устойчивости к солевому туману до появления красной ржавчины согласно ISO 9227, что достаточно для крытых наружных работ. Однако для постоянного использования на открытом воздухе, в подземных условиях или в морской среде черной отделки недостаточно. В таких условиях материал необходимо заменить на горячеоцинкованную сталь, резьбовой стержень из нержавеющей стали 304 или нержавеющую сталь 316 для прибрежных зон.

Предварительная нагрузка, момент-натяжение и роль смазки

Когда черный стержень с полной резьбой используется в натянутом болтовом соединении (обычно в конструкционной стали, монтаже оборудования и фланцевых соединениях труб), достижение расчетного предварительного натяга требует понимания соотношения крутящего момента и напряжения. В этом отношении преобладают коэффициенты трения на границе раздела резьбы и опорной поверхности гайки. Черная отделка напрямую влияет на коэффициенты трения. Пруток простой прокатной окалины имеет высокий и непостоянный коэффициент трения, обычно в диапазоне от 0,20 до 0,35 в зависимости от состояния поверхности. Черное оксидное покрытие с маслом имеет гораздо более низкий и более предсказуемый коэффициент примерно от 0,12 до 0,18 . Фосфатированная и промасленная отделка находится в диапазоне от 0,15 до 0,22.

Практический вывод заключается в том, что один и тот же крутящий момент, приложенный к стержням с разной черной отделкой, приводит к существенно разным предварительным нагрузкам. Чрезмерное затягивание смазанного стержня из черного оксида до значения, указанного для стержня с сухой прокатной окалиной, может привести к повреждению резьбы или даже разрушению стержня. Процедура установки должна учитывать конкретные условия отделки, а для критически важных соединений необходимо использовать калиброванный динамометрический ключ с известным коэффициентом К (коэффициент гайки) для конкретной комбинации стержня и гайки. Если коэффициент К неизвестен, предварительную нагрузку можно проверить путем измерения удлинения болта с помощью микрометра или ультразвукового болтового калибра, что исключает неопределенность соотношения крутящего момента и напряжения.

Резка и модификация стержня с черной резьбой в полевых условиях

Полнорезьбовой стержень часто обрезается на месте. Способ нарезания имеет значение, поскольку влияет как на целостность оставшейся резьбы, так и на возможность завести гайку на обрезанном конце. Абразивная отрезная пила — самый быстрый метод, но на срезе остаются заусенцы и зона термического воздействия. Заусенец должен быть заточен до фаска 45 градусов по всей окружности конца прутка, а первые две нитки за срезом следует обработать напильником или разрезной гайкой, чтобы устранить любые искажения. Ленточная пила обеспечивает более чистый рез с меньшим подводом тепла и предпочтительна для прутков более высокого качества, где тепло абразивной резки может локально закалить сталь и снизить ее прочность на конце разреза.

После резки обнаженная необработанная сталь на поверхности разреза не имеет защиты от черного цвета. Такое лицо быстро заржавеет. На черном оксидном бруске срезанный конец следует обработать раствором холодного чернения или покрыть краской с высоким содержанием цинка для восстановления защиты от коррозии. При критическом соединении конструкции отрезанный конец не следует размещать в местах, где может скапливаться вода или где открытая сталь находится в контакте с разнородным металлом, что может вызвать гальваническую коррозию. Простого нанесения противозадирного состава или густой смазки на поверхность пореза часто бывает достаточно для применения в помещении, но это не заменяет правильное восстановление покрытия при эксплуатации на открытом воздухе.

Общие размеры, длина и соображения по поводу закупок

Черные стержни с полной резьбой производятся стандартных метрических диаметров от M6 до M100 или более на специализированных станах, причем наиболее часто имеющиеся на складе размеры составляют M8, M10, M12, M16, M20 и M24. Стандартные длины обычно 1 метр, 2 метра и 3 метра. , хотя шпильки меньшей длины доступны предварительно нарезанными для конкретных применений. Вес на метр увеличивается пропорционально квадрату диаметра; стержень М24 весит примерно 3,55 кг на метр, а стержень М12 весит около 0,89 кг на метр. Для стержней большого диаметра вес становится проблемой, требующей механического подъема во время установки.

При покупке стержня с черной резьбой в спецификации должны быть четко указаны диаметр, шаг (крупный, если не указан мелкий), марка, отделка, стандарт резьбы и длина. Полная выноска звучит, например: «M20 x 2,5, класс 8,8, черный оксид, резьба ISO 68-1, допуск 6 г, длина 2 метра». Неоднозначные спецификации предполагают замену на продукт более низкого качества или с другой отделкой. Авторитетные поставщики предоставляют сертификаты испытаний материалов (MTC), в которых указаны номер плавки стали, ее химический состав и результаты механических испытаний. Для структурных применений, регулируемых строительными нормами, эти сертификаты должны храниться вместе с проектной документацией для подтверждения соответствия.