碳钢
碳钢有出色的可加工性,可以满足比较广泛的强度性能组合,且与其它紧固件材料对比成本也较低 。
碳钢的机械性能对含碳量很敏感,含碳量通常低于1.0% 。 对紧固件来说,普通钢材分为三种:低碳钢、中碳钢和合金钢 。
低碳钢
低碳钢的含碳量通常低于0.25%,并且不能通过热处理来提高强度;只能通过冷作硬化来提高强度 。 低碳钢相对较软和强度较弱,但具有出色的延展性和韧性,另外还具有易加工性和可焊接性,相对来说生产成本较低 。 举例来说,低碳材料的屈服强度为40000psi,抗拉强度为60000~80000psi,延展性25%EL 。 最常用的材料是AISI美国钢铁学会标准规定的1006, 1008, 1016, 1018, 1021和1022几种牌号 。
SAEJ 429标准中规定的等级1、ASTM A 307等级A这两标准在本质是相同的,是低碳钢强度等级的标准 。 ASTM A 307等级B则是一种特殊的低碳钢等级,适用于管件和法兰上的低碳钢螺栓 。 它的性能和等级A基本相同,除了规定了特殊的最大抗拉强度 。 这是为了确保一旦在安装过程中出现了超拧问题,螺栓将在破坏法兰、阀门和管道之前断掉 。 SAE J 429等级2是一种经过冷作硬化来提高强度的低碳钢等级 。
中碳钢
中碳钢的含碳量为0.25~0.6 %(质量分数) 。 此类钢可以通过奥氏体化、淬火并回火等热处理方法来提高机械性能 。 普通中碳钢淬透性较差,必须是较小的截面才能够充分淬透,并且淬火时需急冷 。 这就意味着紧固件的最终性能取决于其规格大小 。 请注意SAE J 429等级5、ASTM A325和ASTM A 449中随着直径增加其强度性能逐渐“退化”的说明 。
从强度与成本的比率来说,经热处理的中碳钢零件有出色的承载能力,同时具有很低的屈强比;也有很好的韧性 。 常用的材料是AISI美国钢铁学会标准规定的1030、1035、1038和1541几种牌号 。
合金钢
当碳钢的含锰量超过1.65%、或硅或铜的含量超过0.6 %、或含铬量不超过4%时,可称为合金钢 。 另外,当碳钢中加入了规定最低含量的成分如铝、钛、钒、镍或其它元素以达到某些性能要求的也称为合金 。 铬、镍、钼的加入可以提高合金钢热处理后的材料强度和延展性能 。
SAEJ 429等级8、ASTM A 354等级BD、ASTMA 490、ASTM A 193 B7都属于常见的合金钢紧固件 。
不锈钢
不锈钢是铬含量达到10.5%以上的铁基合金钢 。 铬的存在使钢材表面生成一层看不见的膜,它能防止氧化,使材料“钝化”或者说抗腐蚀 。 添加其它如镍或钼等元素能提高抗腐蚀性、强度和耐温性 。
不锈钢可按其金相组织分为三个种类:奥氏体、马氏体和铁素体 。 每一类都有各自的特性,并且还细分成几个等级或类型 。 而且,为了适应不同的腐蚀条件、温度范围、强度要求、焊接性能、机加工切削性能、冷作硬化和成型能力等需要,可以通过改变化学成分来进一步研制出新的合金钢 。
奥氏体不锈钢的铬和镍的含量比其它类型的不锈钢高 。 奥氏体不锈钢不能通过热处理来提高硬度 。 但具有较高的抗腐蚀性 。 一般没有磁性;但在冷加工过程后部分零件可能产生轻微的磁性 。 奥氏体的抗拉强度为75000~105000psi 。
18-8不锈钢是典型的奥氏体不锈钢类型,含有约18%铬和8%镍 。 18-8不锈钢中包括302、303、304和XM7等级别 。
常见奥氏体不锈钢等级:
·302:常用不锈钢,在一般大气条件下表面呈哑光色,在相当高的温度下仍具有较高强度 。 具有抗腐蚀能 。 经过加工有较高的强度 。 通常用作钢丝制品,例如:弹簧、筛网、钢缆等 。 也常用作平垫圈 。
·302HQ:特别添加的铜元素降低了冷作硬化的效果,使其易于冷墩加工 。 通常用于机器螺钉、金属螺钉和小螺母 。
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