탄소강 패스너: 육각 너트, 나사 및 사양

탄소강 패스너 —탄소강 육각 너트, 육각 너트 및 육각 나사를 포함하여 구조, 기계 및 산업 공학에서 가장 널리 지정된 패스너 카테고리입니다. 그 이유는 다른 일반적인 패스너 소재가 대규모로 복제할 수 없는 인장 강도, 기계 가공성 및 비용 효율성의 최적 조합을 제공하기 때문입니다. 육각형 형상은 단지 기존의 것이 아닙니다. 이는 가장 작은 재료 범위에서 최대 렌치 결합 면 수를 제공하여 제한된 조립품에서 안정적인 토크 적용을 가능하게 합니다. 해당 응용 분야에 적합한 탄소강 등급, 속성 등급, 치수 표준 및 표면 코팅을 선택하면 패스너 어셈블리가 설계 수명 동안 안정적으로 작동하는지 아니면 유지 관리 책임이 되는지 여부가 결정됩니다. 이 가이드에서는 탄소강 육각 패스너를 올바르게 지정, 공급 및 설치하는 데 필요한 모든 내용을 다룹니다.

탄소강이 패스너 제조를 지배하는 이유

탄소강(0.05%~1.0% 범위의 농도로 탄소와 합금된 철)은 글로벌 패스너 산업의 기초 소재입니다. 전 세계적으로 생산되는 모든 패스너의 약 70-75%가 탄소강으로 만들어집니다. , 패스너 성능과 관련된 재료의 고유한 속성 조합을 반영하는 시장 점유율입니다.

패스너에 중요한 기계적 특성

• 인장 강도: 탄소강 패스너는 다양한 강도 범위에서 사용할 수 있습니다. 400MPa(속성 등급 4.6) 이상으로 1,200 MPa(속성 등급 12.9) - 탄소 함량을 다양하게 하고 열처리를 적용합니다. 이 범위는 발전 및 중장비의 경량 구조 연결부터 고예압 볼트 체결까지 전체 범위를 포괄합니다.
• 연성: 탄소강은 파단 신율(일반적으로 등급에 따라 8~14%)을 유지하여 파단 전에 과부하로 인해 패스너가 약간 변형될 수 있도록 하여 경화 공구강과 같은 부서지기 쉬운 재료에는 나타나지 않는 접합 손상에 대한 가시적인 경고를 제공합니다.
• 기계 가공성 및 냉간 성형성: 저탄소강과 중탄소강은 높은 생산 속도로 냉간 압연 및 나사 압연할 수 있어 경쟁력 있는 비용으로 하루에 수백만 개의 치수가 일관된 패스너를 자동 제조할 수 있습니다.
• 열처리성: 더 높은 탄소 등급(0.35~0.55% C)은 담금질 및 템퍼 열처리에 반응하여 서로 다른 열처리로 동일한 기본 재료를 사용하여 속성 등급을 8.8에서 10.9로 업그레이드할 수 있습니다.

패스너 응용 분야의 탄소강과 대안

스테인레스 스틸 패스너는 더 나은 내식성을 제공하지만 가격이 3~6배 더 비싸요 동등한 탄소강 패스너보다 오스테나이트 등급의 속성 등급이 최대 8.0으로 제한되어 예압이 높은 구조용 볼트 체결에 충분하지 않습니다. 알루미늄 패스너는 가볍지만 인장 강도가 약 300 MPa로 제한됩니다. 티타늄 패스너는 높은 강도와 가벼운 무게, 뛰어난 내식성을 결합하고 있지만 비용이 10~20배 탄소강으로 항공우주 및 모터스포츠 용도로 사용됩니다. 일반 구조, 자동차, 농업 및 산업 응용 분야에서 탄소강은 최고의 가치 제안을 제공합니다.

탄소강 특성 클래스: 강도 등급 이해

ISO 미터식 패스너 시스템은 속성 등급에 따라 볼트와 나사 강도를 분류합니다. 이 코드는 최소 인장 강도와 인장 항복비를 모두 지정에 직접 인코딩하는 2자리 코드입니다. 속성 클래스를 이해하는 것은 패스너 사양을 위한 가장 중요한 기술 능력입니다.

속성 클래스 지정을 읽는 방법

표시된 볼트의 경우 8.8 : 첫 번째 숫자(8)에 100을 곱하면 MPa(800MPa) 단위의 최소 인장 강도가 나타납니다. 두 번째 숫자(8)에 첫 번째 숫자를 곱하면 백분율로 표시되는 항복 강도 비율(8 × 10 = 80%)이므로 최소 항복 강도 = 800 × 0.80 = 640MPa . 이 시스템은 모든 ISO 미터법 속성 클래스에 일관되게 적용됩니다.

너트 속성 클래스

너트는 단일 숫자 속성 클래스 시스템을 사용합니다. 너트의 속성 클래스는 짝을 이루는 볼트의 속성 클래스와 같거나 그 이상이어야 합니다. 너트 나사산이 벗겨지기 전에 볼트 생크가 보증 하중에 도달하는지 확인합니다. 일반적인 페어링: 8.8 볼트가 있는 클래스 8 너트; 10.9 볼트의 클래스 10 너트; 12.9 볼트의 클래스 12 너트. 10.9 볼트에 클래스 8 너트를 사용하면 볼트가 설계 예압에 도달하기 전에 너트 스레드 벗겨짐이 발생할 수 있는 불일치 어셈블리가 생성됩니다.

탄소강 육각 나사: 유형, 표준 및 치수 사양

탄소강 육각 나사(치수 공차 및 베어링 표면 마감에 따라 육각 캡 나사 또는 육각 머리 볼트라고도 함)는 구조 및 기계 공학에서 가장 자주 지정되는 패스너 형상입니다. 육각형 헤드는 토크 적용을 위한 6개의 렌치 플랫을 제공하고, 정의된 와셔 표면 영역에 베어링 응력을 분산시키며, M3에서 M100 이상까지 모든 크기에서 냉간 압조 및 열간 단조로 제조 가능합니다.

육각 나사에 대한 ISO vs DIN vs ASME 표준

3가지 기본 치수 표준이 글로벌 상거래에서 탄소강 육각 나사를 관리합니다. 특정 애플리케이션에 어떤 표준이 적용되는지 이해하면 비용이 많이 드는 치수 비호환성을 방지할 수 있습니다.

• ISO 4014 / ISO 4017(ISO 미터법): ISO 4014는 부분적으로 나사산이 있는 생크가 있는 육각 볼트를 다룹니다. ISO 4017은 ​​전체 나사산이 있는 육각 나사에 적용됩니다. 이는 스레드 피치, 헤드 높이, 평면 폭 및 베어링 표면 치수를 지정하는 미터법 패스너에 대한 국제적으로 지배적인 표준입니다. 속성 클래스는 ISO 898-1에 따라 머리 부분에 표시되어 있습니다.
• DIN 931 / DIN 933: ISO 표준보다 앞서며 유럽 산업 기계에 널리 규정되어 있는 독일 표준입니다. DIN 931(부분 나사산) 및 DIN 933(전체 나사산)은 치수가 ISO 4014/4017과 유사하지만 항상 호환되는 것은 아닙니다. 헤드 높이와 평면 폭은 일부 크기에 따라 다릅니다. DIN 지정 패스너는 여전히 유럽 유통업체에서 일반적으로 재고를 보유하고 있습니다.
• ASME B18.2.1(인치 시리즈): 통합 인치 스레드 시스템(UNC/UNF)의 육각 캡 나사 및 육각 볼트를 관리합니다. 등급은 속성 클래스가 아닌 SAE J429(2, 5, 8등급)로 지정됩니다. 북미 시장과 UNC/UNF 스레드 호환성이 필요한 모든 곳에서 사용됩니다.

전체 스레드와 부분 스레드: 각각을 지정하는 시기

전체 나사산과 부분 나사산 육각 나사 사이의 선택은 구조적으로 중요한 의미를 갖습니다.

• 부분 스레드(ISO 4014 / DIN 931): 나사산이 없는 생크 부분은 결합된 부재의 틈새 구멍을 통과하여 너트나 탭 구멍에만 나사산을 맞물립니다. 매끄러운 생크는 정의된 전단면 위치와 횡(전단) 하중에 대한 더 나은 저항을 제공합니다. 구조적 볼트 연결부, 플랜지 조인트 및 볼트가 결합된 장력과 전단력을 경험하는 모든 곳에 선호됩니다.
• 전체 스레드(ISO 4017 / DIN 933): 스레딩은 헤드 아래쪽까지 확장됩니다. 볼트 길이를 그립 길이에 정확하게 맞출 필요가 없으며 생크를 따라 어느 지점에서나 나사 결합이 가능합니다. 나사산 구멍(탭) 응용 분야, 막힌 구멍 조립품 및 그립 길이 가변성으로 인해 유연성이 필요한 곳에 선호됩니다.

일반적인 미터법 육각 나사 크기의 표준 치수

탄소강 육각 너트 및 육각 너트: 유형 및 선택

"육각형 너트" 및 "육각 너트"라는 용어는 동일한 기본 형상(6면 내부 나사식 패스너)을 의미하지만 높이, 모따기 설계, 베어링 표면 마감 및 의도된 하중 지지 기능으로 구별되는 다양한 하위 유형을 포함합니다. 특정 용도에 적합한 너트 유형을 선택하는 것은 올바른 볼트 등급을 선택하는 것만큼 중요합니다.

표준 육각 너트 유형 및 용도

• ISO 4032 스타일 1 육각 너트: 표준 너트 높이(약 0.8 × 공칭 직경). 일반적인 구조 및 기계 응용 분야에 대한 가장 일반적인 사양입니다. 스타일 1 너트는 양쪽 면이 모따기되어 있으며 베어링 면에 속성 등급 표시가 있습니다.
• ISO 4033 스타일 2 육각 너트: 스타일 1보다 약 10% 더 높아 나사 결합 깊이가 더 깊습니다. 스레드 스트리핑에 대한 향상된 저항이 필요한 곳에 지정됩니다. 일반적으로 피로 하중 접합에서 더 높은 속성 등급의 볼트(10.9, 12.9)를 사용합니다.
• ISO 4035 얇은(잼) 육각 너트: 스타일 1 너트 높이의 약 절반입니다. 풀림을 방지하기 위해 전체 너트에 대한 잼 너트로 사용되거나 축 공간이 제한된 어셈블리에서 사용됩니다. 기본 하중 지지 너트로 사용되지 않습니다.
• ISO 7042 전체 금속 정토크 너트: 나사산 변형을 통해 정토크를 생성하는 왜곡된 나사산 잠금 너트로, 별도의 잠금 요소 없이 내진동성을 제공합니다. 최대 재사용에 적합 5회 정토크가 사양 이하로 떨어지기 전에.
• ISO 7040 / 7041 나일론 인서트(Nyloc) 너트: 정토크를 생성하기 위해 볼트 스레드 주위로 변형되는 나일론 인서트가 있는 표준 육각 너트 본체. 탁월한 진동 저항성을 제공하지만 아래의 서비스 온도로 제한됩니다. 100~120°C 이 범위 이상에서는 나일론이 연화되기 때문입니다.
• 무거운 육각 너트: 표준 육각 너트보다 플랫 폭이 더 크고 높이도 더 큽니다. 증가된 베어링 영역이 더 넓은 표면에 하중을 분산시키고 더 부드러운 모재에서 베어링 면 항복 위험을 줄이는 구조적 볼트 체결 응용 분야(ASTM A325, A490 볼트 조립품)에 대해 ASME B18.2.2에 지정되어 있습니다.

나사 체결 및 너트 높이: 이것이 중요한 이유

너트의 하중 용량은 너트 높이의 함수인 맞물린 나사산 수에 의해 직접적으로 결정됩니다. M12용 표준 스타일 1 육각 너트의 높이는 대략 다음과 같습니다. 10.8mm , 1.75mm 피치에서 대략 6개의 스레드 피치 결합을 제공합니다. 이는 속성 클래스 8 조합에서 전체 볼트 인장 하중을 발생시키는 데 충분합니다. 속성 클래스 10 및 12.9 너트의 경우 스타일 2 높이는 대략 12.0mm 볼트 파손 전에 스레드 벗겨짐을 방지하는 데 필요한 추가 결합 깊이를 제공합니다.

탄소강 패스너의 표면 코팅 및 부식 방지

코팅되지 않은 탄소강은 습기와 산소가 있으면 쉽게 부식됩니다. 따라서 표면 처리 선택은 재종 선택만큼 중요합니다. 깨끗하고 건조한 실내 환경 이외의 모든 탄소강 패스너 적용에 적합합니다. 각 코팅 유형은 부식 방지, 치수 효과, 온도 저항 및 비용의 다양한 균형을 제공합니다.

아연전기도금(전기아연도금)

일반 실내 및 경량 실외 응용 분야에 사용되는 가장 일반적인 탄소강 패스너 코팅입니다. 아연층 5~12μm (ISO 4042 클래스 A 또는 B)은 기본 강철보다 아연이 우선적으로 부식되는 희생적 음극 보호 기능을 제공합니다. ISO 9227에 따른 염수 분무 수명은 일반적으로 붉은 녹까지 96~200시간 표준 아연 도금의 경우 크롬산염 부동태화(아연 황색 크롬산염 또는 아연 3가 크롬산염)로 500시간까지 연장됩니다.

중요한 한계: 속성 클래스 10.9 및 12.9 패스너는 수소 취성을 방지하기 위해 제어된 전기도금 공정이 필요합니다. 도금조 중에 흡수된 원자 수소는 지속적인 인장 하중 하에서 지연된 파손을 일으킬 수 있습니다. 필수 베이킹 4~24시간 동안 190~220°C 도금 후 흡수된 수소를 제거하고 속성 클래스 10.9 이상의 패스너에 대해 ISO 4042에 따라 요구됩니다.

용융 아연 도금

약 450°C의 용융 아연에 담그면 다음과 같은 코팅이 생성됩니다. 45~85μm —전기도금보다 상당히 두껍습니다. —부식 방지 수명이 상당히 길어집니다. ISO 10684에 따른 용융 아연 도금 패스너는 다음을 달성할 수 있습니다. 1,000~2,000시간의 염수 분무 수명 강철 건물, 교량, 전신주 및 농업 장비를 포함한 옥외 구조 응용 분야의 표준 선택입니다.

두꺼운 코팅에는 나사산 맞춤을 유지하기 위해 대형 너트 태핑이 필요합니다. 용융 아연 도금 너트는 결합 볼트의 아연 층을 수용할 수 있도록 태핑되도록 특별히 주문해야 합니다. 표준 태핑 너트와 용융 아연 도금 볼트를 혼합하는 것은 현장에서 골링 및 조립 어려움을 일으키는 일반적인 사양 오류입니다.

기계적 아연 도금 및 아연 플레이크 코팅

기계적 아연 도금(ISO 12683)은 아연 분말과 유리 구슬을 사용하여 아연을 도포하여 다음과 같은 목표를 달성합니다. 10~30μm 전기도금의 수소 취화 위험이 없어 고강도 패스너에 적합합니다. 아연 플레이크 코팅(Geomet, Dacromet - ISO 10683에 따름)은 200~300°C에서 구운 아연 및 알루미늄 플레이크 슬러리를 도포하여 다음을 달성합니다. 500~1,000시간 염수 분무 총 두께가 8~20μm이고 수소 취화 위험이 전혀 없습니다. 아연 플레이크는 유럽 OEM 사양의 자동차 10.9 및 12.9 패스너용 표준 코팅입니다.

코팅 선택 요약

토크 및 예압: 탄소강 육각 패스너 최대한 활용하기

볼트 체결부의 기계적 성능은 올바른 예압, 즉 조임으로 인해 생성되는 볼트 생크의 장력을 달성하는 데 달려 있습니다. 적용된 토크의 약 90%가 너트 아래와 스레드 맞물림 영역의 마찰을 극복하는 데 소비됩니다. ; 단지 약 10%만이 유용한 볼트 장력을 생성합니다. 이는 마찰 변화가 주어진 토크 값에 대해 달성된 예압에 불균형적인 영향을 미친다는 것을 의미합니다.

일반적인 크기에 권장되는 조임 토크

이 값은 약간 기름칠된(μ ≒ 0.12) 조건을 나타냅니다. 건조하거나 심하게 부식된 나사산은 마찰을 크게 증가시켜 동일한 예압을 달성하려면 잠재적으로 30~50% 더 높은 토크가 필요할 수 있습니다. 항상 실제 접합 조건에 대한 마찰 계수 가정을 확인하고 안전이 중요한 응용 분야에 대해서는 패스너 제조업체의 엔지니어링 데이터를 참조하십시오.

일반적인 사양 실수와 이를 방지하는 방법

사용 중 패스너 고장은 실제 재료 결함으로 인해 발생하는 경우가 거의 없으며, 신중한 사전 엔지니어링을 통해 완전히 예방할 수 있는 사양 오류로 인해 발생하는 경우가 훨씬 더 많습니다.

• 일치하지 않는 너트 및 볼트 속성 클래스: 10.9 볼트와 함께 클래스 8 너트를 사용하면 보증 하중에 도달하기 전에 벗겨질 위험이 있습니다. 항상 볼트 속성 클래스와 같거나 한 클래스 높은 너트 속성 클래스를 지정하십시오.
• 표준 탭 너트와 함께 용융 아연 도금 볼트 적용: 45-85 µm 아연 코팅은 표준 너트 나사 공차 이상으로 볼트의 유효 피치 직경을 효과적으로 증가시킵니다. 아연도금 조립용으로 지정된 대형 탭 너트를 사용하십시오.
• 수소 취성 완화 베이킹 없이 전기도금된 12.9 패스너 지정: 지연된 수소 취성 파괴는 지속적인 예압 하에서 조립 후 며칠에서 몇 주까지 발생할 수 있습니다. 베이킹은 ISO 4042에 따라 필수이며 구매 주문서에 명시적으로 지정되어야 합니다.
• 일회용 패스너 재사용: Nyloc 너트는 처음 제거한 후 신속하게 정토크를 잃습니다. 구조적 마찰 그립 조인트(ASTM A325, A490)에 사용되는 고강도 볼트는 일회용으로 지정되어 있습니다. 안전이 중요한 응용 분야에서의 재사용은 대부분의 구조 규정에 의해 금지됩니다.
• 전체 나사산과 부분 나사산에 대한 볼트 길이 선택이 혼란스럽습니다. 부분 나사산 볼트의 경우 나사산이 접합 경계면이 아닌 너트에서 시작되도록 하려면 그립 길이(나사산이 없는 생크)가 접합된 부재의 전체 두께와 같거나 약간 커야 합니다. 너무 짧은 볼트는 나사산/생크 전이를 전단 평면에 배치합니다. 이는 피로 수명을 크게 감소시키는 응력 집중입니다.