สกรูเหล็กกล้าคาร์บอน: เกรด คุณสมบัติ การเคลือบ และคู่มือการเลือก

ก.คืออะไร สกรูเหล็กกล้าคาร์บอน ?

ก สกรูเหล็กกล้าคาร์บอน เป็นตัวยึดเกลียวที่ผลิตจากโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอน โดยมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลัก โดยทั่วไปจะมีความเข้มข้นระหว่าง 0.05% ถึง 1.70% โดยน้ำหนัก ปริมาณคาร์บอน พร้อมด้วยปริมาณแมงกานีส ซิลิคอน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัสในปริมาณเล็กน้อย จะเป็นตัวกำหนดความแข็ง ความต้านทานแรงดึง ความเหนียว และความสามารถในการแปรรูปของเหล็ก และประสิทธิภาพเชิงกลของสกรูที่เสร็จแล้วด้วยการขยายออกไป

เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในการผลิตสกรูทั่วโลก โดยคิดเป็นส่วนใหญ่ของการผลิตตัวยึดทางอุตสาหกรรมโดยปริมาตร การปกครองของมันเกิดจากการรวมกันของ อัตราส่วนความแข็งแกร่งต่อต้นทุนสูง ความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยมในระหว่างการรีดเย็นและการรีดเกลียว และความสามารถในการให้ความร้อนกับเป้าหมายคุณสมบัติทางกลที่หลากหลาย ตั้งแต่สกรูเครื่องจักรระยะพิทช์ละเอียดที่ใช้ในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงโบลต์หกเหลี่ยมโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ใช้ในการก่อสร้าง สกรูเหล็กกล้าคาร์บอนรองรับแทบทุกอุตสาหกรรมที่ต้องใช้การขันเกลียว

ข้อจำกัดหลักของเหล็กกล้าคาร์บอนเมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิมคือความไวต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่เปียกหรือรุนแรงทางเคมี ปัญหานี้แก้ไขได้ด้วยการปรับสภาพพื้นผิวต่างๆ เช่น การชุบสังกะสี การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน การเคลือบฟอสเฟต และอื่นๆ ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานได้อย่างมากโดยไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลฐานของตัวยึด

เกรดเหล็กกล้าคาร์บอนที่ใช้ในการผลิตสกรู

เหล็กกล้าคาร์บอนบางชนิดไม่เท่ากัน เกรดเหล็กที่เลือกสำหรับการผลิตสกรูจะควบคุมระดับความแข็งแรงที่ทำได้ การตอบสนองต่อการบำบัดความร้อน และพฤติกรรมการขึ้นรูปเย็นโดยตรง ผู้ผลิตสกรูส่วนใหญ่จะทำงานกับประเภทวัสดุต่อไปนี้:

เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (เหล็กเหนียว) — 0.05%–0.30% C

เกรดคาร์บอนต่ำเช่น SAE 1008, 1010 และ 1018 เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับสกรูใช้งานทั่วไป สกรูไม้ สกรูเกลียวปล่อย และสกรู drywall ปริมาณคาร์บอนต่ำทำให้หัวมีความเหนียวสูงและเย็นง่าย ซึ่งเป็นกระบวนการผลิตที่ความเร็วสูงโดยที่เหล็กลวดจะถูกขึ้นรูปเป็นช่องว่างของสกรูโดยไม่ต้องตัด ทำให้ได้ประสิทธิภาพการผลิตที่ดีเยี่ยมและต้นทุนต่อหน่วยต่ำ อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำไม่สามารถเสริมกำลังได้อย่างมีนัยสำคัญด้วยการบำบัดความร้อน ดังนั้นสกรูเหล่านี้จึงมักถูกจำกัดอยู่เพียงเท่านี้ คุณสมบัติคลาส 4.8 หรือต่ำกว่า ภายใต้การจำแนกประเภท ISO 898-1

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง — 0.30%–0.60% C

เกรดเช่น SAE 1035, 1038 และ 1045 มีศักยภาพด้านความแข็งแรงสูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด และตอบสนองต่อการอบชุบด้วยความร้อนได้ดี เหล่านี้เป็นวัสดุหลักสำหรับ คุณสมบัติระดับ 8.8, 9.8 และ 10.9 สกรูเมตริก — แกนหลักของการประกอบโครงสร้างและเครื่องจักรกลในงานยานยนต์ เครื่องจักร และการก่อสร้าง หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน สกรูเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางจะมีค่าความต้านทานแรงดึง 800–1,040 เมกะปาสคาล โดยมีช่วงความแข็งที่ควบคุมได้ (โดยทั่วไปคือ 22–39 HRC สำหรับคลาส 8.8 และ 10.9 ตามลำดับ) ซึ่งสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรงกับความต้านทานต่อการแตกตัวของไฮโดรเจนในระหว่างกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าในภายหลัง

เหล็กโลหะผสมคาร์บอนปานกลาง — โดยเติม Cr, Mn หรือ B

สำหรับคลาสความแข็งแกร่งสูงสุด — คุณสมบัติระดับ 12.9 และการใช้งานแรงดึงสูงเฉพาะทาง — ผู้ผลิตใช้เกรดเหล็กอัลลอยด์ เช่น SAE 4135, 4140 (โครเมียม-โมลิบดีนัม) หรือเกรดที่เสริมโบรอน เช่น 10B38 . การเติมโบรอนเล็กน้อย 0.0005%–0.003% ช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งได้อย่างมาก ช่วยให้สามารถชุบแข็งผ่านสกรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นได้ในระหว่างการชุบแข็ง สกรูคลาส 12.9 ที่ผลิตจากวัสดุเหล่านี้มีความต้านทานแรงดึงถึง ขั้นต่ำ 1220 เมกะปาสคาล ทำให้เป็นตัวเลือกสำหรับส่วนประกอบเครื่องยนต์สมรรถนะสูง แคลมป์ยึดเครื่องมือ และข้อต่อโครงสร้างที่สำคัญซึ่งความสมบูรณ์ของข้อต่อไม่สามารถต่อรองได้

การรักษาพื้นผิวและการป้องกันการกัดกร่อน

เหล็กกล้าคาร์บอนเปลือยจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับความชื้นและออกซิเจน ในการใช้งานส่วนใหญ่ การรักษาพื้นผิวจะถูกใช้หลังการผลิตเพื่อให้มีระดับการป้องกันการกัดกร่อนตามที่กำหนด — ทางเลือกของการรักษาจะขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่สัมผัส อายุการใช้งานที่ต้องการ ไม่ว่าสกรูจะถูกทาสีหรือผ่านกระบวนการเพิ่มเติม และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบใดๆ (เช่น การปฏิบัติตาม RoHS สำหรับการใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์)

การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า

การรักษาสกรูเหล็กกล้าคาร์บอนที่พบบ่อยที่สุดในการใช้งานในร่มและกลางแจ้ง ชั้นสังกะสีบางๆ ของ 5–12 ไมโครเมตร ถูกสะสมด้วยไฟฟ้า เพื่อป้องกันการกัดกร่อนแบบบูชายัญ โดยสังกะสีจะออกซิไดซ์ได้ดีกว่าเพื่อปกป้องพื้นผิวเหล็ก สกรูชุบสังกะสีมาตรฐานมักจะทำได้ 72–200 ชั่วโมง ความต้านทานสเปรย์เกลือตามมาตรฐาน ASTM B117 การชุบทู่โครเมตสีเหลืองบนชั้นสังกะสีจะยืดเวลาออกไปถึง 200 ชั่วโมง และให้ผิวเคลือบสีทองที่คุ้นเคยซึ่งเห็นได้จากสกรูฮาร์ดแวร์หลายตัว สำหรับสกรูคลาส 10.9 และ 12.9 ที่มีความแข็งแรงสูง จะต้องอบด้วยการอบบรรเทาการเปราะด้วยไฮโดรเจนหลังการชุบ (โดยทั่วไปคือ 190°C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง) เพื่อป้องกันการแตกหักล่าช้า

การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน

สกรูจะถูกจุ่มลงในสังกะสีหลอมเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 450°C ทำให้เกิดชั้นโลหะผสมสังกะสีและเหล็กที่ถูกยึดเหนี่ยวทางโลหะของ 45–85 ไมโครเมตร . สารเคลือบที่หนากว่ามากนี้ให้ความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่ามาก — โดยทั่วไป 500–1,000 ชั่วโมง สเปรย์เกลือ — และเป็นข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับตัวยึดโครงสร้างกลางแจ้ง อุปกรณ์การเกษตร และการใช้งานโครงสร้างพื้นฐาน เช่น เสาไฟฟ้าและราวกั้นทางหลวง กระบวนการนี้ไม่เหมาะสำหรับสกรูคลาส 10.9 และ 12.9 คุณสมบัติความแข็งแรงสูง เนื่องจากมีความเสี่ยงในการดูดซับไฮโดรเจนและการบิดเบี้ยวของเกลียวที่มีความทนทานสูง

การเคลือบฟอสเฟต (สีดำหรือสีเทา)

การบำบัดด้วยสังกะสีหรือแมงกานีสฟอสเฟตจะสร้างชั้นการแปลงผลึกบนพื้นผิวเหล็กที่ให้ความต้านทานการกัดกร่อนแบบสแตนด์อโลนน้อยที่สุด แต่กักเก็บน้ำมันและการยึดเกาะของสีได้ดีเยี่ยม สกรูฟอสเฟตและน้ำมันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนยานยนต์และเครื่องจักร โดยจะติดตั้งตัวยึดในสภาพแวดล้อมที่มีการหล่อลื่นหรือทาสีในภายหลัง แมงกานีสฟอสเฟตยังระบุไว้ด้วย คุณสมบัติป้องกันการหวือหวา บนสกรูฝาครอบหัวจมที่มีความแข็งแรงสูง ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการยึดเกลียวระหว่างการขันที่ควบคุมด้วยแรงบิด

Geomet / Dacromet และการเคลือบเกล็ดสังกะสี

การเคลือบเกล็ดสังกะสีอนินทรีย์ที่ใช้โดยกระบวนการหมุนแบบจุ่มหรือสเปรย์มีการระบุไว้มากขึ้นสำหรับตัวยึดโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูง ซึ่งความเสี่ยงต่อการเกิดการเปราะของไฮโดรเจนจากการชุบด้วยไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ การเคลือบเหล่านี้ทำได้ 720–1,000 ชั่วโมง ความต้านทานการพ่นเกลือที่ความหนาของการเคลือบ 8–12 µm ปราศจากไฮโดรเจนโดยธรรมชาติ และให้ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีที่สม่ำเสมอซึ่งสำคัญสำหรับการควบคุมแรงดึงของแรงบิดในการเชื่อมต่อแบบสลักเกลียวของโครงสร้าง เป็นการเคลือบที่โดดเด่นในตัวยึดคลาส 10.9 ในอุตสาหกรรมยานยนต์และพลังงานลมของยุโรป

สกรูเหล็กกล้าคาร์บอนกับสกรูสแตนเลส: เมื่อใดจึงควรเลือกแต่ละอัน

การเลือกระหว่างสกรูเหล็กคาร์บอนและสกรูสแตนเลสมักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นเพียงคำถามเกี่ยวกับการกัดกร่อน แต่ในความเป็นจริงแล้วมันเกี่ยวข้องกับการต้องแลกความแข็งแรง ราคา สมบัติทางแม่เหล็ก ความต้านทานการครูด และสภาพแวดล้อมการใช้งานในวงกว้าง

สกรูเหล็กกล้าคาร์บอนเป็นตัวเลือกที่ถูกต้องเมื่อ:

• จำเป็นต้องมีความต้านทานแรงดึงสูง — สแตนเลส A2-70 สูงถึง 700 MPa ในขณะที่เหล็กกล้าคาร์บอนคลาส 10.9 สูงถึง 1,040 MPa และคลาส 12.9 ถึง 1220 MPa สำหรับข้อต่อโครงสร้างและข้อต่อรับน้ำหนักสูง เหล็กกล้าคาร์บอนมักเป็นทางเลือกเดียวที่ใช้งานได้จริง
• ต้นทุนเป็นตัวขับเคลื่อนหลัก - โดยทั่วไปแล้วสกรูเหล็กกล้าคาร์บอน ราคาถูกกว่า 30–70% กว่าเกรดสเตนเลสเทียบเท่าโดยปริมาตร ทำให้เป็นมาตรฐานสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมทั่วไป
• การประกอบอยู่ในสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่มีการควบคุมหรือจะทาสี ซึ่งหมายความว่าสกรูเหล็กกล้าคาร์บอนชุบจะให้การป้องกันที่เพียงพอด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าสเตนเลส
• จำเป็นต้องมีการตอบสนองทางแม่เหล็ก — ตัวอย่างเช่น ในฟิกซ์เจอร์ประกอบแม่เหล็กหรือระบบป้อนตัวยึดอัตโนมัติที่อาศัยการวางแนวแม่เหล็ก

สกรูสแตนเลสเป็นตัวเลือกที่ถูกต้องเมื่อ:

• ตัวยึดสัมผัสกับความชื้น น้ำเค็ม หรือสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเป็นเวลานานโดยไม่มีการบำรุงรักษาการเคลือบ เช่น อุปกรณ์ทางทะเล อุปกรณ์แปรรูปอาหาร และการใช้งานทางสถาปัตยกรรมภายนอก
• กppearance is critical and the natural silver finish must be maintained without periodic re-coating.
• การประกอบเกี่ยวข้องกับโลหะที่แตกต่างกันซึ่งต้องจัดการความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของกัลวานิกผ่านการเลือกใช้วัสดุมากกว่าการเคลือบ

กระบวนการผลิต: วิธีการผลิตสกรูเหล็กกล้าคาร์บอน

การทำความเข้าใจกระบวนการผลิตจะให้ความกระจ่างว่าเหตุใดคุณลักษณะด้านคุณภาพบางอย่างจึงมีความสำคัญเมื่อประเมินสกรูเหล็กกล้าคาร์บอนในฐานะผู้ซื้อหรือระบุวิศวกร

วิธีการผลิตที่โดดเด่นคือ หัวเรื่องเย็น เรียกอีกอย่างว่าการขึ้นรูปเย็น เหล็กลวดถูกดึงให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่แม่นยำ ตัดให้มีความยาวว่าง จากนั้นจึงขึ้นรูปอย่างต่อเนื่องโดยแม่พิมพ์ที่อุณหภูมิห้องลงในรูปทรงของหัวสกรู โดยไม่ต้องถอดวัสดุออก การป้อนแบบเย็นจะทำให้เหล็กที่จุดเชื่อมต่อแบบหัวต่อก้านแข็งตัวขึ้น ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อความเมื่อยล้าที่จุดความเข้มข้นของความเค้นวิกฤตนี้ นอกจากนี้ยังปรับแนวการไหลของเกรนของเหล็กให้สอดคล้องกับรูปทรงของชิ้นส่วน ซึ่งมีกลไกเหนือกว่าสกรูกลึงที่ซึ่งการไหลของเกรนถูกขัดจังหวะด้วยการตัด

การรีดเกลียว ตามด้วยหัวข้อเย็น ดายที่มีโปรไฟล์เกลียวผกผัน กดแบบฟอร์มเกลียวลงในช่องว่างโดยการเสียรูปพลาสติกแทนที่จะตัด เช่นเดียวกับการขึ้นรูปเย็น สิ่งนี้จะทำให้เกิดความเค้นตกค้างจากแรงอัดในรูทเกลียว ซึ่งเป็นบริเวณที่มีความเค้นสูงสุดของสกรูภายใต้การรับแรงดึง ซึ่งช่วยยืดอายุความเมื่อยล้าได้อย่างมากเมื่อเทียบกับเกลียวที่ตัด ข้อมูลอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอว่าสามารถบรรลุผลสำเร็จของตัวยึดแบบเกลียว ความแข็งแรงเมื่อยล้าสูงขึ้น 20–30% กว่าตัวยึดเกลียวตัดที่มีขนาดเท่ากันที่เกรดวัสดุเดียวกัน

สำหรับคุณสมบัติคลาส 8.8 ขึ้นไป ดับและรักษาความร้อน ดังต่อไปนี้การรีดด้าย สกรูจะถูกออสเทนไนต์ที่ 820–880°C ชุบแข็งในสารละลายน้ำมันหรือโพลีเมอร์เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนรูปมาร์เทนไซต์เต็มรูปแบบ จากนั้นจึงอบคืนตัวที่ 425–500°C เพื่อบรรเทาความเปราะบาง และบรรลุความแข็งเป้าหมายและแถบความต้านทานแรงดึงที่ระบุโดย ISO 898-1 การรักษาพื้นผิวขั้นสุดท้าย — การชุบ การเคลือบ หรือการทู่ — จะถูกนำไปใช้หลังจากการอบชุบด้วยความร้อนและการตรวจสอบใดๆ ที่จำเป็น