Замена материала

[lexixxx]

Привет.
В конструкции заложены 4 шпильки : КРУГ /14.0 ГОСТ 7417-75/ 20-В-ТО ГОСТ 1050-2013, предназаначены для стяжки с усилием сжатия  45кН.
Производитель не может изготовить из данного материала и предлагает замену: КРУГ 14-H9-В ГОСТ 14955/45-В-М1-НГ ГОСТ 1050-88

Когда-то делали замену на 40х с дополнительным закливанием (улучшением), но несколько шпилек при затяжке сорвало. Сделали заключение что пытались упрочнить, а получили хрупкость.

Вопрос к знатокам. Какая возможная замена и в чем разница между термообработанной и нагартованной.

[Kirilius83]

Берете механические свойства и сравниваете прочность.

Прочность и хрупкость - разные понятия. Более того, часто закаленое будет и прочное и хрупкое (характерный пример - подшипники). Но если нагрузка без ударная - то причем тут хрупкость? Так что заключение по 40х в корне не верное.
Исходить нужно из другого: до какой твердости закалили и какие мех свойства при этом ожидали, а какие были фактические (поверяется на разрывной машине), каким моментом тянули и при каком сорвали. Если там была неконтролируемая затяжка - то гда гарантия что не перетянули? Если твердость и вообще свойства после термообработки никто не проверял то где гарантия что не накосячили термисты? А если расчета прочности не делали (какая прочность нужна и каким моментом тянуть) - то откуда уверенность что вообще должны были выдержать?

Нагартованность - грубо говоря "спрессованность" металла, упрочнение. Но очень грубо и на самом деле там физику другая, просто так проще на пальцах. Типа как кованная/штампованная. И опять же, нагартовка вовсе не исключает термообработки, а часто даже требует - например для снятия излишних напряжений. так что там всеравно комплекс обработки.
Вот насколько в глубину происходит упрочнение на таких диаметрах - не знаю. С проволокой проще, она тонкая и там можно считать что насквозь.
С другой стороны, в любом случае нагартованнаня более прочная. Посчитайте прочность без учета нагартовки, если хватает - то в чем проблема? Ведь сталь 45 изначально прочнее стали 20, далее надо смотреть состояние обоих сталей - может там 45 даже без ТО прочнее чем ваша 20 с вашей ТО? Короче, только считать, поднимая данные прочности 

[bull]

кириллиус, ты сам не заметил, как указал на недостаточность рассматриваемых факторов. А именно:

Более того, часто закаленое будет и прочное и хрупкое

Т.е. сталь 20 могла обеспечить затяжку как раз за счет большей податливости. Т.е. начала "плыть", но ещё находится в пределах текучести. А 45-я как раз из-за "нетекучести" дошла до предела прочности локально и в этом месте треснула. Не утверждаю, что дело именно в этом, но вероятность есть.

А так да, надо рассматривать усилия, которые будет выдерживать соединение при том или ином материале шпильки

[Kirilius83]

Эм, что значит плыть, в данном случае?
Расчет прочности ведется по пределу текучести, если он превышен - то уже сломалось. Либо резьбу срезало либо тело порвало (кто помнит, как на метрических резьба должно быть?))) ), как минимум будет видно что нитки потянуло и откручиваться будет с трудом. Да, есть вариант с перенапряженными болтами, работающими за текучестью - но это не тот случай явно))) Если потекло - значит перетянули.
У 45 тоже есть предел текучести, и она тоже сначала потечет (нормально термообработанная). Разница между 20 и 45 да и между пластичным и хрупким только в разнице между пределом текучести и пределом прочности. Да, 45 можно закалить до высокой твердости и она будет хрупкая как стекло - но это косяк в данном случае, такое делается скорее как исключение только для некоторых специфичных деталей, никак не для крепежа. Тут вопрос скорее - косяк в заданной твердости или косяк в полученной твердости.

ЗЫ класс прочности крепежа-то какой?))))

[bull]

Эм, что значит плыть, в данном случае?

это значит за счет вязкости происходит относительное удлинение (чего в случае прочного материала не происходит, и локальные напряжения не перераспределяются и достигают уже предела прочности)

[Kirilius83]

удлинение происходит и у твердых материалов. те же пружины вспомните.
более того, эти упругие деформации вообще примерно у всех металлов и малозависимо от термообработки. прочность дает только бОльшую допускаемую деформацию, но жесткость (столько-то кг нагрузки на деформацию в 1 мм) у всех примерно одинакова. Ибо модуль Юнга примерно одинаков.  И совершенно точно шпилька из разных материалов при затяжке будет упруго растягиваться одинаково из разных сталей. Вот когда достигнется предел текучести - далее будет разница, но это уже разрушение.

[bull]

Возможно вы и правы. В случае изгиба/прогиба понятно, что ТО не повлияет, там все решает модуль Юнга (жесткость сечения). Но растяжение всё-таки вызывает некоторые сомнения.

[Kirilius83]

Так а там точно так же считается, просто формула еще проще. Закон Гука - относительное удлинение равно напряжение поделить на модуль Юнга...

[Kirilius83]

Хм.
В магазинах болты - класса прочности 8.8. По ГОСТ Р 52627-2006 предел текучести - 6 400 кг/см^2.
Значит относительное удлинение для обычного болта из магазина при максимальном моменте затяжки порядка 6 400 / 2 000 000 =0,0032. Или *100%=0,32%
Т.е. на каждые 100 мм - удлинения 0,3 мм. Прикольно, надо запомнить