Gids voor het selecteren van bevestigingsmaterialen: Materiaal bepaalt de prestatie, warmtebehandeling bepaalt de sterkte en oppervlaktebehandeling bepaalt de levensduur!

Eén enkele zin die de essentie van de bevestigingsindustrie weergeeft:

Kies het verkeerde materiaal en zelfs de sterkste sluiting zal breken;

Kies de verkeerde warmtebehandeling, en zelfs het hoogst gewaardeerde bevestigingsmiddel is slechts een valse claim;

Kies de verkeerde oppervlaktebehandeling, en zelfs de beste schroef zal roesten en onbruikbaar worden.

I. Kernvergelijking van de vier belangrijkste materialen in de sector

1. Koolstofstaal

Voordelen: Laagste kosten, breedste scala aan sterke punten, hoogste productievolume, meest stabiele levering

Nadelen: Van nature gevoelig voor roest; slechte corrosieweerstand

Belangrijkste toepassingen: bouw, automobielsector, machines, huishoudelijke apparaten, algemene industrie

2. Roestvrij staal

Voordelen: Natuurlijk roestbestendig, geen galvanisatie nodig, hygiënisch en esthetisch, uitzonderlijk lange levensduur

Nadelen: hoge kosten, matige maximale sterkte, vatbaar voor vastlopen en vastlopen

Primaire toepassingen: voedsel-, medische, chemische, outdoor- en maritieme uitrusting

3. Gelegeerd staal

Voordelen: Ultrahoge sterkte, weerstand tegen vermoeidheid, slagvastheid, weerstand tegen hoge temperaturen

Nadelen: Vereist warmtebehandeling, slechte roestbestendigheid, hoge verwerkingskosten

Primaire toepassingen: windenergie, bruggen, mijnbouw, zware vrachtwagens, bouwmachines, hoogspanningsapparatuur

4. Titaniumlegeringen

Voordelen: Ultralicht, ultrasterk, corrosiebestendig, niet-magnetisch en zeer biocompatibel

Nadelen: duur, uiterst moeilijk te bewerken

Primaire toepassingen: lucht- en ruimtevaart, defensie, medische toepassingen, racen en hoogwaardige lichtgewicht toepassingen op het gebied van nieuwe energie

Bij het selecteren van materialen voor bevestigingsmiddelen is de duurste optie nooit de beste keuze; in plaats daarvan worden vier kerncriteria in aanmerking genomen: bedrijfsomgeving, belastingsvereisten, levensduurvereisten en kostenbudget.

II. Bevestigingsmiddelen van koolstofstaal

Koolstofstaal is veruit het dominante materiaal in de bevestigingsindustrie. Het is goed voor ongeveer 70% van de wereldwijde industriële bevestigingsmiddelen en is het meest gebruikte en veelzijdige basismateriaal in industriële productie- en infrastructuurprojecten.

Voordelen

• De laagste totale kosten van de vier belangrijkste materialen, met de beste prijs-kwaliteitverhouding
• Uitstekende ductiliteit, gemakkelijk koud te smeden en lage productieproblemen
• Omvat het volledige scala aan sterkteniveaus, geschikt voor toepassingen variërend van algemeen consumentengebruik tot industriële scenario's met gemiddelde en hoge sterkte
• Volwassen wereldwijde supply chain, ruime voorraad en stabiele doorlooptijden

Nadelen

Inherent slechte corrosieweerstand; gevoelig voor water, vocht en zoutnevel. Bij gebruik zonder bescherming roest het zeer gemakkelijk en moet het worden behandeld met een oppervlakteroestwerende coating.

Drie kernwarmtebehandelingsprocessen voor koolstofstaal

1. Afschrikken en temperen (Q&T)

Het kernproces voor alle hoogwaardige koolstofstalen bouten van klasse 8.8.

Functie: Brengt de treksterkte en taaiheid in evenwicht, verbetert de weerstand tegen vermoeidheid en elimineert het risico op breuk.

2. Carbureren

Specifiek gebruikt voor zelftappende schroeven en boorpuntschroeven

Effect: Hoge oppervlaktehardheid en hoge kerntaaiheid; de oppervlaktelaag kan door stalen platen dringen, terwijl de binnenkant bestand is tegen brosse breuk.

3. Sferoïdiserend gloeien

Een essentieel voorbehandelingsproces voorafgaand aan de productie van koude kop

Functie: Maakt het staal zacht, vermindert de hardheid, voorkomt scheuren tijdens het vormen en zorgt voor productieopbrengst.

Koolstofstaal heeft geen natuurlijk roestbestendig vermogen; de levensduur is volledig afhankelijk van de oppervlaktebehandeling:

Elektrolytisch verzinken (blauwwit zink, gekleurd zink, zwart zink), thermisch verzinken, zwart maken, fosfateren, Dacromet, Geomet zink-aluminiumcoating, mechanisch verzinken en tefloncoating.

III. Roestvrijstalen bevestigingsmiddelen

Roestvrij staal vereist geen galvanisatie ter bescherming tegen roest en is geschikt voor diverse vochtige, corrosieve en sanitaire toepassingen.

• Natuurlijk bestand tegen oxidatie, zuren, logen en zoutsproeicorrosie
• Glad, aantrekkelijk uiterlijk; niet giftig en hygiënisch, geschikt voor voeding en medische toepassingen
• Ontworpen voor langdurig gebruik in buitenomgevingen, met een levensduur die veel langer is dan die van koolstofstaal

Nadelen

• De grondstofkosten zijn aanzienlijk hoger dan die van koolstofstaal en gelegeerd staal
• Conventionele warmtebehandeling van austenitisch roestvrij staal kan de sterkte niet vergroten
• Gevoelig voor vastlopen van de draad en vastlopen bij koud lassen, wat resulteert in een groot aantal montagefouten

Meer dan 90% van de roestvrijstalen producten in de bevestigingsindustrie zijn nog steeds voornamelijk gemaakt van 304 (A2) en 316 (A4) austenitisch roestvrij staal; 410 roestvrij staal wordt alleen gebruikt voor producten die een speciale hardheid vereisen, zoals zelftappende en zelfborende schroeven, en vertegenwoordigt niet de kenmerken van reguliere roestvrij staalsoorten.

Belangrijke punten over de sterkte van roestvrij staal

De sterkte van austenitisch roestvast staal 304 en 316 kan niet worden verbeterd door middel van warmtebehandeling, maar hun mechanische sterkte kan worden verbeterd door middel van koudvervormen (harden door middel van arbeid). Hoogwaardige roestvrijstalen bevestigingsmiddelen op de markt, zoals A2-70 en A4-80, bereiken hun verbeterde kwaliteiten door middel van hardingsprocessen.

Oorzaken van vastlopen in roestvrij staal + oplossingen

Kernoorzaken van inbeslagname

Austenitisch roestvrij staal heeft een hoge ductiliteit. De wrijving die ontstaat tijdens het aandraaien van de draad veroorzaakt hoge temperaturen, wat leidt tot koudlassen van het metaal. Hierdoor blijven de draden aan elkaar plakken en vastlopen, waardoor demontage onmogelijk wordt.

Praktische oplossingen

• Breng vóór de montage een roestvrij staalspecifiek anti-seize-middel of smeermiddel aan
• Verlaag de aandraaisnelheid om warmteontwikkeling door wrijving bij hoge snelheid te voorkomen
• Selecteer nauwkeurig bewerkte schroefdraden die een oppervlaktepolijst- en passivatiebehandeling hebben ondergaan
• Controleer het koppel van de montage om overmatige kracht tijdens het vastdraaien te voorkomen

Oppervlaktebehandelingen van roestvrij staal

Roestvrij staal vereist geen galvanisatie om roest te voorkomen. Reguliere processen omvatten: zuurbeitsen, passivatie, elektrolytisch polijsten, mechanisch polijsten, spiegelpolijsten en zandstralen

IV. Bevestigingsmiddelen van gelegeerd staal

Ultrasterke schroeven die worden gebruikt in windenergie, bruggen, zware vrachtwagens en hoogspanningsapparatuur gebruiken allemaal gelegeerd staal als basismateriaal.

Door zeldzame metalen toe te voegen, zoals chroom, molybdeen, nikkel en vanadiumOverwint gelegeerd staal de tekortkomingen van koolstofstaal op het gebied van sterkte, taaiheid en weerstand tegen vermoeidheid, waardoor het het kernmateriaal wordt voor hoogwaardige, zware toepassingen.

Gemeenschappelijke gelegeerde staalsoorten

SCM435 (equivalent aan 35CrMo), 35CrMo, 42CrMo, 4140, 4340

Voordelen

Door het juiste ontwerp van de chemische samenstelling en nauwkeurige warmtebehandeling kan gelegeerd staal gemakkelijker ultrahoge sterkte, hoge taaiheid en uitstekende weerstand tegen vermoeidheid en hoge temperaturen bereiken, waardoor de prestatielimieten van conventioneel koolstofstaal ver worden overschreden. Het is geschikt voor extreme omstandigheden met zware belastingen, trillingen en hoge druk.

Nadelen

• Extreem afhankelijk van warmtebehandelingsprocessen, resulterend in hoge technische barrières en productiekosten
• Ontbreekt aan inherente roestbestendigheid en moet worden gecombineerd met gespecialiseerde anticorrosiebehandelingen

Reguliere warmtebehandeling voor gelegeerd staal

Er wordt vrijwel uitsluitend gebruik gemaakt van quenchen en temperen (quenchen + tempereren op hoge temperatuur)

Hoogwaardige producten kunnen ook het volgende omvatten: inductieharden, nitreren, carboneren en carbonitreren

In staat om consistent ultrasterke bevestigingsmiddelen van klasse 10.9, klasse 12.9 en hoger te produceren

Oppervlaktebehandeling van gelegeerd staal en het vermijden van valkuilen door waterstofverbrossing

Kernrisico: waterstofverbrossingsbreuk

Als bij bevestigingsmiddelen van koolstofstaal en gelegeerd staal van klasse 10.9 en hoger de waterstofverwijderings- en dehydrogeneringsbehandelingen niet voldoende zijn tijdens standaard elektrogalvaniseringsprocessen, kan het risico van waterstofverbrossing ontstaan, wat leidt tot vertraagde breuken tijdens het gebruik – een groot veiligheidsrisico in de machinebouw, de auto-industrie en de windenergie-industrie.

Momenteel is in hoogwaardige sectoren zoals de automobielsector, windenergie, spoorwegen en bruggen het traditionele elektrolytisch verzinken volledig vervangen door zink-aluminiumcoatings van Dacromet en Geomet. Deze aanpak elimineert het risico van waterstofverbrossing bij de bron, terwijl de corrosieweerstand wordt vergroot.

Reguliere oppervlaktebehandelingsprocessen

Dacromet, Geomet zink-aluminiumcoatings, fosfateren, zwarten en hoogwaardig waterstofvrij verzinken (dubbele bescherming tegen corrosie en waterstofbrosheid)

V. Bevestigingsmiddelen van titaniumlegering

Titaniumlegeringen vertegenwoordigen het toppunt van lichtgewicht en corrosiebestendige materialen in de bevestigingsindustrie, die voornamelijk worden gebruikt in hoogwaardige precisietoepassingen en extreme bedrijfsomstandigheden.

Representatieve kwaliteiten: TA2, TC4 (Ti-6Al-4V)

Voordelen

• Dichtheid van ongeveer 4,5 g/cm³, wat slechts ongeveer 57% is van die van staal (ongeveer 7,85 g/cm³), wat resulteert in een extreem lichtgewicht ontwerp
• Extreem hoge specifieke sterkte, vergelijkbaar met hoogwaardig gelegeerd staal, terwijl het gewicht aanzienlijk wordt verminderd
• Uitzonderlijke corrosieweerstand in de overgrote meerderheid van industriële omgevingen (corrosie treedt alleen op in speciale omgevingen zoals sterke zuren en fluorwaterstofzuur)
• Niet-magnetisch, hittebestendig en zeer biocompatibel, waardoor ze geschikt zijn voor medische en ruimtevaarttoepassingen

Enige nadeel

Dure grondstoffen, moeilijke bewerking, lange productiecycli en extreem hoge totale kosten

Warmtebehandeling van titaniumlegeringen

In tegenstelling tot het afschrik- en ontlaatproces dat voor staal wordt gebruikt, omvat de reguliere aanpak oplossingsbehandeling gevolgd door verouderingsbehandeling om de materiaalstabiliteit en mechanische eigenschappen te optimaliseren

Hoogwaardige oppervlaktebehandeling voor titaniumlegeringen

Anodiseren (aanpasbare gekleurde afwerkingen), zandstralen, passiveren, PVD-coating en DLC-slijtvaste coating

VI. Kerngegevens: Levensduur van zoutsproeibehandelingen van oppervlaktebehandelingen

De corrosieweerstand van verschillende oppervlaktebehandelingen varieert aanzienlijk. Hieronder volgen referentiegegevens van neutrale zoutsproeitests (afhankelijk van de laagdikte en formulering; uitsluitend verstrekt voor industriële selectiedoeleinden):