Draghållfasthetsklasser för skruvar och muttrar av rostfritt stål

Draghållfastheten hos stål och rostfritt stål är en kritisk parameter när det gäller lastbärande kapacitet och säkerhet hos gängade leder. Den består av två nyckelparametrar för stålskruvar baserat på vilka draghållfastheten och sträckgränsen lätt kan bestämmas. Men från och med en viss storlek är skruvar av rostfritt stål och muttrar av rostfritt stål märkta med en bokstavskombination (t.ex. A4-80). Bokstavskombinationen som är anordnad framför bindestrecket tilldelar skruven så markerad till en materialgrupp och stålgrupp och ger därmed information om skruvens grundläggande materialegenskaper. Siffran 80 till höger om bindestrecket anger styrkeklassen. Den här artikeln visar hur du använder styrkeklassen för bultar av rostfritt stål för att bestämma deras användningsgränser och ger en översikt över den lastbärande kapaciteten hos typiska styrkeklasser.

Vad är draghållfasthet?

Draghållfasthet beskriver det maximala mekaniska spänningsvärdet ett material kan tolerera innan det går sönder. Detta uttrycks vanligtvis i megapascal (MPa) eller i Newton per kvadratmillimeter (N/mm²). För fästelement är draghållfastheten särskilt viktig eftersom den bestämmer den maximala belastning som elementet kan absorbera utan att gå sönder.

Formel för beräkning av draghållfasthet

Det finns ingen universell draghållfasthetsformel för att beräkna draghållfasthet eftersom den beror på olika förhållanden (material, legeringssammansättning och bearbetning). I regel bestäms draghållfastheten empiriskt genom materialtestning och sammanfattas sedan i draghållfasthetstabeller för skruvar och rostfritt stål i materialdatablad eller standarder. Det är dock möjligt att beräkna den stress ett material upplever när det utsätts för en dragbelastning. Den allmänna formeln för stress (σ) i ett material under dragbelastning är:

där:

• σ = stressen i Pascal (Pa)
• F = dragkraften som verkar på materialet i Newton (N)
• A = tvärsnittsarean för det material som utsätts för dragkraften i kvadratmeter (m²).

För att bestämma draghållfastheten hos t.ex. stål och rostfritt stål kan den maximala dragkraften (F) och den minsta tvärsnittsarean (A) där materialet testades användas. Draghållfasthet uttrycks vanligtvis i Megapascal (MPa).

Översikt över rostfria stålkvaliteter

Rostfritt stål är en generisk term för cirka 120 olika kvaliteter av korrosionsbeständigt stål. De enskilda legeringarna tjänar olika syften och användningsfall. Men alla innehåller krom, och eventuellt även nickel, som är ansvariga för korrosionsbeständighet. Elementen reagerar med syre från luften för att bilda ett tunt, skyddande oxidskikt på stålets yta. Detta oxidskikt kallas ett passivt skikt och förhindrar att ytterligare syre kommer i kontakt med det underliggande järnet, vilket förhindrar korrosion och rost. Jämfört med låglegerat stål eller konstruktionsstål är draghållfastheten hos rostfritt stål relativt hög. Till exempel har rostfritt stål 1.4301 en draghållfasthet på 500 - 700 N/mm² (jämförelse: för konventionellt konstruktionsstål är draghållfastheten 300 - 590 N/mm²). DIN 17440 och DIN EN ISO 3506 gäller för rostfritt stål. De viktigaste kategorierna av rostfritt stål är följande.

Austenitiskt rostfritt stål

Dessa rostfria stål kännetecknas av deras höga krom- och nickelhalt, vanligtvis över 16 % krom och över 8 % nickel. De är icke-magnetiska och har utmärkt korrosionsbeständighet och svetsbarhet. Bokstaven A i namnet på ett rostfritt stål, såsom V2A, indikerar att det är ett austenitiskt rostfritt stål.

Ferritiskt rostfritt stål

Ferritiskt rostfritt stål innehåller en stor mängd krom, men lite eller ingen nickel. De är magnetiska och erbjuder god korrosionsbeständighet i icke-aggressiva miljöer. Bokstaven F används i namnet på rostfritt stål för att indikera att de är ferritiskt rostfritt stål.

Martensitiskt rostfritt stål

Martensitiskt rostfritt stål kännetecknas av deras höga kolhalt och måttliga till höga kromhalt. De är magnetiska och har utmärkt hårdhet och slitstyrka. Martensitiskt rostfritt stål används ofta i knivar och verktyg. Bokstaven C i namnet på det martensitiska rostfria stålet anger kolinnehållet.

Duplex rostfritt stål

Duplex rostfritt stål har en blandning av austenitisk och ferritisk struktur i sin legering. De ger god korrosionsbeständighet och hållfasthet och är särskilt användbara i miljöer med höga kloridkoncentrationer, till exempel inom den kemiska industrin och i havsvattenapplikationer.

Skruvar och muttrar i rostfritt stål

Skruvar och muttrar i rostfritt stål är kända för sin robusta korrosionsbeständighet. Det är dock möjligt att rostfritt stål också kan börja rosta, t.ex. på grund av främmande rost från kontakt med rostande metaller. Styrkeklassen på skruvar ger information om hur mycket last de kan absorbera.

Draghållfasthet i rostfria stålskruvar

Draghållfastheten hos skruvar av rostfritt stål specificeras som en styrkeklass. Styrkeklassen är en kombination av draghållfastheten och draghållfasthetens sträckgräns:

Under sträckgräns återgår materialet till sitt ursprungliga tillstånd efter deformation, över sträckgräns kvarstår deformationen. Dock anges ofta 0,2 % sträckgräns istället för sträckgräns eftersom sträckgräns inte alltid är tydligt identifierbar genom dragtestet. Detta beskriver den stress vid vilken den permanenta förlängningen efter lättnad är lika med 0,2 %. Det finns tabeller för skruvstyrkeklasserna som vägledning. Tidigare var det vanligt att specificera draghållfastheten hos skruvar i kg i tabeller, men idag uttrycks det främst i Pascal (Megapascal) eller Newton (per kvadratmillimeter).

Styrkeklassen påverkar direkt det maximala vridmoment som kan utövas på skruven eller muttern. Vid val av rätt skruv eller mutter i rostfritt stål bör man därför först bestämma vilket vridmoment som krävs för säker installation och om styrkeklassen tillåter detta vridmoment.

Förutom hållfasthetsklassen - 80 i exemplet här - anger märkningen A4 materialgruppen och ståltypen för skruven eller muttern av rostfritt stål. Det hänvisar till den kemiska sammansättningen av rostfritt stål och de tillhörande egenskaperna hos korrosionsbeständighet och motståndskraft mot syror. A2 betecknar till exempel ett austenitiskt rostfritt stål med vissa krom- och nickelkomponenter. Rostfritt stål med etiketten A4 är också resistent mot syra eller havsvatten.

MISUMI erbjuder ett brett sortiment av rostfria skruvar med ett brett utbud av styrkeklasser.

Draghållfasthet hos muttrar av rostfritt stål

Klassificeringen av muttrar är något mindre specifik än skruvar, eftersom de ofta används i kombination med skruvar och därför främst bör matchas med skruven. I allmänhet är rostfria stålmuttrar ofta utformade för att matcha samma eller högre draghållfasthetsklass som den tillhörande skruven.

De mekaniska egenskaperna hos muttrar av rostfritt stål, såväl som stålmuttrar, uttrycks av styrkeklasser och av de garanterade belastningsspänningarna som motsvarar den parade skruvens hållfasthetsklassificering.

Eftersom rostfria muttrar används med matchande rostfria skruvar, bestäms materialtjockleken hos en rostfri stålmutter vanligtvis av materialtjockleken hos en skruv av samma material. På grund av denna samverkan antas det ofta att det inte blir något skjuvfel på gängorna när en kombination av skruvar och muttrar av rostfritt stål används. Det är dock viktigt att notera att muttrar med låg profil med endast några förreglingsgängor ska användas med försiktighet för att undvika skjuvfel på gängorna.

Draghållfasthet hos rostfritt stål

Se tabellen nedan för en översikt över draghållfastheten hos olika rostfria stålkvaliteter. De angivna värdena representerar allmänna riktlinjer och kan variera något beroende på tillverkningsprocess, värmebehandling och specifik legering. Vi rekommenderar att du läser materialdatablad och tekniska specifikationer för detaljerad information om dina krav.

• Siffran i styrkeklassen motsvarar 1/10 av det nominella värdet för den minsta draghållfastheten.
• Exempel: Styrkeklassen A2-50 för austenitiska material avser ett material med en draghållfasthet på 500 N/mm², en sträckgräns på 210 N/mm² och en förlängning vid brott på 0,6 d.
• Rostfritt stål klassificeras i typer (austenitiskt, martensitiskt och ferritiskt) och styrkeklasser för martensitiskt stål bestäms baserat på skillnader i värmebehandling.

Länk till fler bloggartiklar om skruvar

Om du vill fördjupa dig i ämnet skruvar kan du hitta mer information i följande bloggartiklar:

• Beräkning av skjuvstyrkor och draghållfasthet för skruvar