Định nghĩa, vật liệu và cấp hiệu suất của bu lông cường độ cao

Bu lông cường độ caođược sản xuất từ ​​thép hợp kim cường độ cao và có khả năng chịu lực căng trước khi siết chặt lớn. Chúng được sử dụng rộng rãi cho các kết nối quan trọng trong đường ray, cầu, kết cấu thép, thiết bị áp suất cao và siêu cao áp. Chế độ gãy của bu lông cường độ cao chủ yếu là gãy giòn. Trong bình chịu áp lực và thiết bị áp suất cao, tải trước lớn theo tiêu chuẩn quy định thường được áp dụng để đảm bảo hiệu suất bịt kín tổng thể.

Việc liên kết của các bu lông cường độ cao dựa vào lực ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc của các bộ phận được kết nối để chống trượt tương đối. Để cung cấp đủ lực ma sát chống trượt cần tăng lực căng trước bu lông, tăng lực kẹp linh kiện và nâng cao hệ số ma sát của các bề mặt tiếp xúc một cách hợp lý. Lực kẹp giữa các bộ phận hoàn toàn được cung cấp bởi lực căng trước của bu lông. Do đó, thép cường độ cao phải được sử dụng để sản xuất bu lông, điều này xác định các đặc tính cơ bản của kết nối bu lông cường độ cao.

Hệ số ma sát ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực của liên kết bu lông cường độ cao. Nó chủ yếu được xác định bởi tình trạng bề mặt tiếp xúc và vật liệu nền của các bộ phận được kết nối. Trong xây dựng, các bề mặt tiếp xúc thường được xử lý bằng cách phun cát và chải dây thép để loại bỏ vảy oxit, vết dầu và tạp chất, nhằm tăng hệ số ma sát và đảm bảo độ ổn định của kết nối.

1. Vật liệu phổ biến và đặc tính hiệu suất của bu lông cường độ cao

Độ bền kéo, độ cứng và tính chất cơ học toàn diện của bu lông cường độ cao phụ thuộc vào vật liệu nền và quá trình xử lý nhiệt tôi & tôi. Thép 40Cr được tôi thông thường hầu như không đáp ứng được yêu cầu về tính năng vật liệu choBu lông cường độ cao cấp 10,9trong điều kiện ổn định. Trong kiểm tra định kỳ, độ bền kéo có thể được đánh giá sơ bộ bằng độ cứng bề mặt sau khi xử lý nhiệt. Bu lông làm bằng các vật liệu khác nhau rõ ràng khác nhau về khả năng chịu đứt gãy chậm và khả năng chịu mỏi trong điều kiện ứng suất cao.

Bu lông cường độ cao 40Cr chủ yếu được ứng dụng trong các kết cấu lưới mối nối bi bu lông có khả năng chịu lực thiết kế tương đối dễ kiểm soát. Cường độ thiết kế xấp xỉ 390 MPa đối với bu lông có đường kính Lớn hơn hoặc bằng 30 mm và 430 MPa đối với bu lông có đường kính ＜ 30 mm, có ứng suất kéo trước thấp trong điều kiện làm việc bình thường. Cần phải xác minh nghiêm ngặt khả năng chống gãy xương bị trì hoãn nếu sử dụng trong điều kiện làm việc khắc nghiệt với tải trước cao và ứng suất cao. Nhìn chung, vật liệu 20MnTiB có khả năng chống gãy xương muộn tốt hơn 40Cr và 40B.

Theo GB/T 1231, vật liệu được khuyến nghị cho bu lông cường độ cao lục giác lớn Cấp 10.9S là 20MnTiB cho thông số kỹ thuật Nhỏ hơn hoặc bằng M24 và 35VB cho thông số kỹ thuật Nhỏ hơn hoặc bằng M30. Bu lông cường độ cao có đường kính lớn khó đạt được độ xuyên thấu hoàn toàn, dẫn đến cường độ lõi không đủ tiêu chuẩn. Vì vậy, nên tránh sử dụng bu lông cường độ cao quá khổ trong các ứng dụng kỹ thuật. Nếu cần thiết, phải giảm ứng suất làm việc thiết kế để đảm bảo giới hạn an toàn.

Bu lông neo và bu lông có hình dạng đặc biệt (bao gồm bu lông neo tiêu chuẩn GB799 và bu lông loại L) bao gồm phạm vi thông số kỹ thuật M6–M120 với chiều dài không giới hạn. Các vật liệu phổ biến bao gồm Q235, thép 45#, Q345B, 40Cr và 35CrMoA. Các loại kết cấu bao gồm kiểu móc thẳng, móc vòng cung, kiểu móc neo và kiểu tấm neo cứng. Trong số đó, 40Cr và 35CrMoA là những vật liệu cường độ cao chuyên dùng để neo chịu tải nặng cho nền móng thiết bị và kết cấu thép.

2. Vật liệu phù hợp và tiêu chuẩn thực hiện cho bu lông cường độ cao loại Torshear

Đối với bu lông cường độ cao loại 10,9 dùng cho kết cấu thép (liên kết kiểu ma sát có hệ số ma sát tiêu chuẩn là 0,45), vật liệu so sánh được quy định như sau: vật liệu bu lông: 20MnTiB; vật liệu hạt: 15MnVB. Việc lắp ráp dây buộc này tuân thủ tiêu chuẩn quốc giaGB/T 3632-2008 Bộ lắp ráp bu lông, đai ốc và vòng đệm cường độ cao loại Torshear cho kết cấu thép, phải được tuân thủ trong mua sắm, kiểm tra và xây dựng.

3. Phân loại và tiêu chí đánh giá hiệu suất của bu lông

Tính chất cơ học của thép cacbon vàbu lông, ốc vít và đinh tán bằng thép hợp kimđược phân thành mười cấp tiêu chuẩn: 3,6, 4,6, 4,8, 5,6, 5,8, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 và 12,9. Đường kính ren áp dụng dao động từ 1,6 mm đến 39 mm với nhiệt độ hoạt động bình thường từ -50 độ đến 300 độ. Nhiệt độ làm việc của ốc vít thép cắt tự do không được vượt quá 250 độ.

Phân loại ngành thống nhất:Bu lông từ cấp 8,8 trở lên được làm bằng thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim thấp thông qua xử lý nhiệt và tôi luyện, được định nghĩa là bu lông cường độ cao; bu lông dưới lớp 8,8 được định nghĩa là bu lông thông thường.

Mỗi cấp hiệu suất bu lông bao gồm hai số liệu, tương ứng với cấp độ bền kéo danh nghĩa và tỷ lệ năng suất. Đây là một tiêu chuẩn phổ quát quốc tế. Bu lông cùng cấp mang lại các đặc tính cơ học tương đương bất kể vật liệu và nguồn gốc, do đó chỉ có cấp hiệu suất được áp dụng để lựa chọn thiết kế.

Ví dụ 1: Bu lông thông thường cấp 4.6

1. Độ bền kéo danh nghĩa: 400 MPa;

2. Hệ số năng suất: 0,6;

3. Cường độ chảy danh nghĩa: 400 MPa × 0.6=240 MPa.

Ví dụ 2: Bu lông cường độ cao cấp 10,9 (sau khi xử lý nhiệt)

1. Độ bền kéo danh nghĩa: 1000 MPa;

2. Hệ số năng suất: 0,9;

3. Cường độ chảy danh nghĩa: 1000 MPa × 0.9=900 MPa.