Bu lông lục giác cường độ cao: Tiêu chuẩn, cấp độ và đặc tính cơ học

Bu lông lục giác cường độ cao, thường được gọi là bu lông lục giác ngoài cường độ cao, là loại ốc vít quan trọng được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cao như điện gió, máy móc cỡ lớn và kết cấu thép nhờ lực kẹp vượt trội và độ tin cậy cao.

1. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật chính

Tiêu chuẩn quốc gia chính ở Trung Quốc quy định về kích thước và yêu cầu kỹ thuật đối với bu lông đầu lục giác là GB/T 5782 (tương đương với các tiêu chuẩn quốc tế như...) DIN 931Tiêu chuẩn này bao gồm các loại bu lông có kích thước ren từ M1.6 đến M64.

Vì bu lông cường độ cao Được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng như kết cấu thép, tiêu chuẩn GB/T 1231 (dành cho các cụm bu lông đầu lục giác lớn dùng trong kết cấu thép) đặc biệt quan trọng. Phiên bản mới, GB/T 1231-2024, vừa được phê duyệt và sẽ có hiệu lực vào ngày 1 tháng 4 năm 2025, thay thế phiên bản năm 2006.

2. Các cấp độ bền và ý nghĩa của chúng

Cấp độ bền của bu lông được thể hiện bằng một ký hiệu gồm hai chữ số được dập trên đầu bu lông.

Chữ số đầu tiên (ví dụ: số '8' trong 8.8) biểu thị 1/100 cường độ kéo danh nghĩa (Rm) của bu lông tính bằng MPa. Do đó, cấp độ 8.8 biểu thị cường độ kéo danh nghĩa là 800 MPa.

Chữ số thứ hai (ví dụ: chữ số '8' thứ hai trong 8.8) biểu thị tỷ lệ giữa giới hạn chảy danh nghĩa (Rp₀.₂) và giới hạn bền kéo danh nghĩa (tỷ lệ chảy). Nhân hai số này lại sẽ cho giới hạn chảy danh nghĩa. Đối với bu lông cấp 8.8: Giới hạn chảy ≈ 800 MPa × 0,8 = 640 MPa.

Bu lông có cấp độ bền từ 8.8 trở lên (ví dụ: 8.8, 9.8, 10.9, 12.9) được phân loại là bu lông cường độ cao. Chúng thường được làm từ thép cacbon trung bình hoặc thép hợp kim cacbon thấp và phải trải qua quá trình xử lý nhiệt (tôi và ram) để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn.

3. Tính chất cơ học của các loại thép cường độ cao thông dụng

Các đặc tính cơ học khác nhau đáng kể giữa các mác thép. Bảng sau đây tóm tắt các đặc tính chính của các mác thép bu lông lục giác cường độ cao thông dụng dựa trên dữ liệu được cung cấp, đặc biệt là từ tiêu chuẩn GB/T 5782 và các tiêu chuẩn liên quan.

Tính chất cơ học của bu lông lục giác cường độ cao (Giá trị điển hình)

    Mác thép 8.8: Đây là mác thép cường độ cao phổ biến. Theo kết quả tìm kiếm, cường độ kéo tối thiểu của nó là 830 MPa và giới hạn chảy tối thiểu là 660 MPa. Độ cứng của nó phải được kiểm soát để đảm bảo hiệu suất phù hợp; độ cứng bề mặt không được vượt quá độ cứng lõi quá 30 HV.

Mác thép 10.9: Mác thép này có độ bền cao hơn. Tiêu chuẩn mới GB/T 1231-2024 đã điều chỉnh giới hạn độ bền kéo trên từ 1240 MPa xuống còn 1190 MPa và yêu cầu giảm diện tích lớn hơn (≥48%).

   Điểm 12.9Đây là loại thép cao cấp hơn nữa, thường được sản xuất bằng thép hợp kim như 35CrMoA hoặc 42CrMo.

4. Tiêu chuẩn vật liệu và thử nghiệm chính

Các đặc tính cơ học đạt được thông qua các vật liệu và quy trình cụ thể:

Vật liệu: Các vật liệu phổ biến cho bu lông cường độ cao bao gồm thép cacbon trung bình (ví dụ: thép 45 cho mác 8.8), thép hợp kim cacbon thấp như 35VB, 20MnTiB và các hợp kim cao cấp hơn như 42CrMo và 40CrMo (đặc biệt là cho mác 10.9S và 12.9, và hiện đã được quy định rõ trong tiêu chuẩn GB/T 1231-2024).

Xử lý nhiệt: Bu lông cường độ cao trải qua quá trình tôi và ram. Ví dụ, nhiệt độ ram đối với bu lông cấp 8.8 phải đạt ít nhất 425°C.

Xử lý bề mặt: Các lớp phủ phổ biến bao gồm mạ kẽm, Dacromet (Geomet), làm đen và mạ niken. Lưu ý rằng các quy định môi trường mới đang loại bỏ dần một số lớp phủ nhất định như cadmium.

Kiểm tra: Việc kiểm tra hiệu suất cơ học tuân theo các tiêu chuẩn như GB/T 3098.1. Các bài kiểm tra chính bao gồm:

Thử nghiệm kéo: Đo cường độ kéo tối đa và giới hạn chảy.

Kiểm tra độ cứng: (Rockwell, Vickers hoặc Brinell) được thực hiện trên đầu bu lông hoặc phần thân không ren.

Thử nghiệm hệ số momen xoắn: Quan trọng đối với bu lông kết cấu để đảm bảo lực siết trước thích hợp trong quá trình lắp ráp. Tiêu chuẩn mới GB/T 1231-2024 giới thiệu hệ số biến thiên (≤ 0,077) để đánh giá tốt hơn tính nhất quán của lô sản phẩm so với độ lệch chuẩn.

Kiểm tra khuyết tật bề mặt: Được quy định bởi các tiêu chuẩn như GB/T 16936.

5. Những cập nhật quan trọng trong tiêu chuẩn mới GB/T 1231-2024

Tiêu chuẩn GB/T 1231-2024 sắp được ban hành sẽ đưa ra một số thay đổi quan trọng:

Phạm vi kích cỡ được mở rộng: Hiện nay bao gồm các kích cỡ lên đến M36 (trước đây là M30).

Tối ưu hóa vật liệu: Bổ sung 42CrMo và ML40CrMo làm vật liệu đã được phê duyệt.

Các đặc tính cơ học được sửa đổi: Giới hạn độ bền kéo được điều chỉnh cho 10.9S và yêu cầu giảm diện tích được tăng lên.

Kiểm tra nâng cao: Giới thiệu các thử nghiệm khử cacbon/cacbon hóa và yêu cầu cung cấp thêm thông tin truy xuất nguồn gốc (ví dụ: mã QR) trên nhãn.

Kiểm soát chặt chẽ hơn: Giảm tốc độ cho phép khi thử nghiệm hệ số mô-men xoắn (

Tóm lại, bu lông lục giác ngoài cường độ cao được phân loại theo các cấp độ như 8.8, 10.9 và 12.9, mỗi cấp độ biểu thị mức độ bền kéo và độ bền chảy cụ thể đạt được thông qua quá trình hợp kim hóa và xử lý nhiệt. Chúng tuân theo các tiêu chuẩn như GB/T 5782 về kích thước và GB/T 3098.1 và GB/T 1231 về tính chất cơ học và thử nghiệm, trong đó tiêu chuẩn GB/T 1231 sẽ được cập nhật quan trọng vào năm 2025 để nâng cao độ tin cậy và kiểm soát chất lượng.