ASTM F593 مشخصات پیچ و استاد بولتهای استنلس استیل در سیستم اینچی است. برخلاف استانداردهای فولادی که گرید را با عدد استحکام میدهند، اینجا گرید با شمارهی آلیاژ و حالت (Condition) مشخص میشود.
ASTM F593 الزامات شیمیایی و مکانیکی پیچهای فولادی ضد زنگ، پیچهای سر شش گوش و استاد بولتها را در قطرهای مختلف از 1/4 ″ تا 1-1 / 2 ″ شامل میشود. این اتصال دهندهها برای مصارف عمومی است و در هفت گروه آلیاژی موجود است. در زیر خلاصه ای از نمرات رایج در مشخصات ASTM F593 آورده شدهاست. تعداد دیگری از گریدهای کمتر رایج ASTM F593 وجود دارد، اما در توضیحات زیر جزئیات آن ذکر نشدهاست. جدول مکانیکی در اینجا به گروههای آلیاژی 1 و 2 محدود میشود، زیرا آنها متداولترین هستند و جدول شیمیایی فقط رایجترین درجههای آلیاژ مورد استفاده برای گروههای آلیاژی مربوطه را نشان میدهد. اطلاعات دقیقتر را میتوان در استاندارد ASTM F593 در وب سایت ASTM یافت.
گروههای آلیاژی F593
| Alloy Group | Alloy Designation | Alloy Type |
|---|---|---|
| 1 | 303, 304, 304L, 305, 384, XM1, 18-9LW, 302HQ, 303Se | Austenitic |
| 2 | 316, 316L | Austenitic |
| 3 | 321, 347 | Austenitic |
| 4 | 430, 430F | Ferritic |
| 5 | 410, 416, 416Se | Martensitic |
| 6 | 431 | Martensitic |
| 7 | 630 (17-4) | Precipitation Hardening |
خواص مکانیکی / Condition F593
| Alloy Group | Condition | Marking | Diameter Range | Tensile, ksi | Yield, ksi min | Rockwell Hardness |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | AF | F593A | 1/4 to 1-1/2 | 65 to 85 | 20 | B85 max |
| A | F593B | 1/4 to 1-1/2 | 75 to 100 | 30 | B65 to 95 | |
| CW1 | F593C | 1/4 to 5/8 | 100 to 150 | 65 | B95 to C32 | |
| CW2 | F593D | 3/4 to 1-1/2 | 85 to 140 | 45 | B80 to C32 | |
| 2 | AF | F593E | 1/4 to 1-1/2 | 65 to 85 | 20 | B85 max |
| A | F593F | 1/4 to 1-1/2 | 75 to 100 | 30 | B65 to 95 | |
| CW1 | F593G | 1/4 to 5/8 | 100 to 150 | 65 | B95 to C32 | |
| CW2 | F593H | 3/4 to 1-1/2 | 85 to 140 | 45 | B80 to C32 |
خواص شیمیایی F593
| Element, max except as shown | Alloy Group 1, Type 304 | Alloy Group 2, Type 316 |
|---|---|---|
| Carbon | 0.08% | 0.08% |
| Manganese | 2.00% | 2.00% |
| Phosphorus | 0.045% | 0.045% |
| Sulfur | 0.030% | 0.030% |
| Silicon | 1.00% | 1.00% |
| Chromium | 18.0 to 20.0% | 16.0 to 18.0% |
| Nickel | 8.0 to 10.5% | 10.0 to 14.0% |
| Copper | 1.00% | |
| Molybdenum | 2.00 to 3.00% |
موارد هم مصرف F593
| Nuts | Washers |
|---|---|
| F594 | SS304 or SS316 |
گروههای آلیاژی استنلس
در استانداردهای استنلس اینچی، گرید با شمارهی آلیاژ مشخص میشود و هر آلیاژ خانوادهی متالورژیکی خودش را دارد:
| آلیاژ | خانواده | ویژگی شاخص |
|---|---|---|
| 304 و 304L | آستنیتی | متداولترین استنلس؛ نسخه L کربن کم برای جوشکاری |
| 316 و 316L | آستنیتی | دارای مولیبدن؛ مقاوم به کلراید و محیط دریایی |
| 321 و 347 | آستنیتی پایدارشده | پایدارشده با تیتانیم یا نیوبیم برای دمای بالا |
| 430 | فریتی | مغناطیسی، مقاومت خوردگی کمتر، اقتصادیتر |
| 410 و 431 | مارتنزیتی | قابل عملیات حرارتی، استحکام بالاتر، مقاومت خوردگی کمتر |
| 630 (17-4 PH) | رسوبسختشونده | ترکیب استحکام بالا با مقاومت خوردگی |
حالت (Condition) یعنی چه؟
در F593 علاوه بر آلیاژ، حالت ماده هم مشخص میشود و این تعیینکنندهی استحکام است:
- AF — آنیلشده. نرمترین حالت، کمترین استحکام.
- A — آنیلشده.
- CW — کارسرد شده. رزوه یا بدنه با کار سرد سخت شده و استحکام بالاتری دارد.
- SH — کارسرد با سطح استحکام بالاتر.
یعنی «استنلس ۳۰۴» بهتنهایی مشخصات کاملی نیست؛ همان ۳۰۴ در حالت آنیل و در حالت کارسرد، دو سطح استحکام متفاوت دارد.
| قطر | دور در اینچ | سری رزوه |
|---|---|---|
| 1/2 | 13 | UNC |
| 5/8 | 11 | UNC |
| 3/4 | 10 | UNC |
| 7/8 | 9 | UNC |
| 1 | 8 | UNC |
| 1-1/8 | 7 | UNC |
| 1-1/4 | 7 | UNC |
| 1-3/8 | 6 | UNC |
| 1-1/2 | 6 | UNC |
قاعده رزوه: UNC تا یک اینچ، 8UN بالاتر
مثل بقیهی خانوادهی بولتینگ اینچی، قطرهای ۱/۲ تا ۱ اینچ رزوهی UNC دارند و از ۱⅛ اینچ به بالا سری 8UN با هشت دور ثابت در اینچ.
گالینگ: مشکل همیشگی اتصالات استنلس
رایجترین مشکل اجرایی پیچ و مهره استنلس، جوش سرد یا گالینگ است: پیچ در حین بستن ناگهان قفل میشود و نه جلو میرود نه برمیگردد. در موارد شدید باید برید.
علتش این است که لایهی اکسید محافظ روی استنلس در اثر فشار و لغزش رزوهها کنده میشود و فلز تازهی دو سطح مستقیماً به هم میچسبند. برخلاف فولاد کربنی، استنلس این لایه را سریع بازسازی میکند اما زیر فشار رزوه فرصت ندارد.
راههای کاهش:
- روانکار ضدگالینگ پیش از بستن — مؤثرترین اقدام.
- سرعت پایین هنگام بستن؛ بکس ضربهای پرسرعت احتمال گالینگ را زیاد میکند.
- رزوه تمیز — ذرات ساینده بین رزوهها شروعکنندهاند.
- ترکیب آلیاژهای متفاوت برای پیچ و مهره، چون سختی نابرابر احتمال چسبیدن را کم میکند.
مهره متناسب
مهرهی همراه F593 از استاندارد ASTM F594 میآید. قاعدهی انتخاب ساده است: آلیاژ مهره باید با آلیاژ پیچ همخانواده باشد. مهره ۳۰۴ روی پیچ ۳۱۶ در محیط کلرایدی، نقطه ضعف مجموعه میشود.
واشر هم باید استنلس همخانواده باشد؛ واشر فولادی گالوانیزه زیر مهره استنلس در حضور رطوبت، خوردگی گالوانیکی میدهد.
چرا استنلس با کلاس ۸٫۸ ردهبندی نمیشود
پرسش پرتکراری که در خرید پیش میآید: «پیچ استنلس کلاس ۱۰٫۹ دارید؟» پاسخ نه است، و دلیلش یک تفاوت متالورژیکی است نه یک کمبود بازار.
استحکام پیچ فولادی از عملیات حرارتی میآید — آبدادن و بازپخت. استنلس آستنیتی به این روش سخت نمیشود؛ ساختارش با گرم و سرد کردن تغییر فاز مفیدی نمیدهد. تنها راه بالابردن استحکامش کارسختی است: تغییر شکل سرد در حین تولید.
و کارسختی دو پیامد دارد که نظام ردهبندی را عوض میکند:
- وابسته به سایز است. در مقطع بزرگتر، رساندن کل مقطع به همان درجهی کار سرد سختتر میشود؛ به همین دلیل مقادیر تضمینشده در سایزهای بزرگ کاهش مییابد — چیزی که در فولاد عملیاتحرارتیشده به این شکل دیده نمیشود.
- با حرارت برگشتپذیر است. جوشکاری یا کار در دمای بالا میتواند اثر کارسختی را در ناحیهی متأثر از بین ببرد.
انتخاب گروه آلیاژی: سه پرسش
این مشخصه چند گروه آلیاژی را پوشش میدهد و انتخاب میانشان با سه پرسش روشن میشود:
- کلرید در محیط هست؟ اگر بله — آب دریا، هوای ساحلی، نمک ذوب یخ، فرآیند شیمیایی کلردار — گروه مولیبدندار (پایهی ۳۱۶) لازم است. گروه پایهی ۳۰۴ در این محیط مستعد خوردگی حفرهای و شکافی است.
- قطعه جوش میشود؟ اگر بله، ردههای کمکربن یا پایدارشده مقاومت بهتری در برابر خوردگی بیندانهای در ناحیهی متأثر از حرارت میدهند.
- به مغناطیسی نبودن نیاز دارید؟ ردههای آستنیتی عملاً غیرمغناطیسیاند، ولی ردههای مارتنزیتی و فریتی که در همین مشخصه هم هستند، مغناطیسیاند و رفتار خوردگی متفاوتی دارند.
کار در دمای بالا و پایین
استنلس آستنیتی در هر دو انتهای طیف دما رفتار خوبی دارد، ولی با قیدهای متفاوت:
- دمای پایین. برخلاف فولاد کربنی که در سرما ترد میشود، آستنیتی چقرمگیاش را تا دماهای بسیار پایین حفظ میکند. همین، پایهی استفادهاش در تجهیزات کرایوژنیک است.
- دمای بالا. مقاومت اکسیداسیون خوبی دارد، ولی خزش وارد معادله میشود: تغییر شکل آهسته زیر بار ثابت، که در اتصال یعنی افت پیوستهی پیشبار. در اتصالات داغ، آببندی مجدد پس از رسیدن به دمای کار یک رویهی متعارف است.
سوالات متداول
ASTM F593 چه چیزی را تعیین میکند؟
مشخصات پیچ و استاد بولت استنلس اینچی: آلیاژ، حالت ماده و خواص مکانیکی.
حالت AF و CW چه فرقی دارند؟
AF آنیلشده و نرمتر است؛ CW کارسرد شده و استحکام بالاتری دارد.
آیا استیل ۳۰۴ مغناطیسی است؟
خیر، ۳۰۴ و ۳۱۶ آستنیتی و عملاً غیرمغناطیسیاند. اما ۴۳۰ و ۴۱۰ مغناطیسیاند، پس آزمون آهنربا معیار درستی نیست.
چرا پیچ استنلس موقع بستن قفل میشود؟
بهدلیل گالینگ یا جوش سرد. روانکار ضدگالینگ و بستن با سرعت پایین از آن جلوگیری میکند.
مهره متناسب کدام است؟
مهره ASTM F594 با آلیاژ همخانواده پیچ.
چرا پیچ استنلس کلاس 8.8 یا 10.9 ندارد؟
چون استنلس آستنیتی با عملیات حرارتی سخت نمیشود؛ استحکامش از کارسختی میآید. نظام ردهبندیاش هم بر همان اساس متفاوت است.
چرا در سایزهای بزرگ مقادیر تضمینشده کمتر است؟
چون رساندن کل مقطع بزرگ به همان درجهی کار سرد سختتر است. این وابستگی به سایز در فولاد عملیاتحرارتیشده به این شکل دیده نمیشود.
کدام گروه آلیاژی برای محیط ساحلی؟
گروه مولیبدندار با پایهی ۳۱۶. گروه پایهی ۳۰۴ در محیط کلریدی مستعد خوردگی حفرهای و شکافی است.
استنلس در دمای بالا محدودیتی دارد؟
خزش وارد معادله میشود و پیشبار بهمرور افت میکند. ضمناً حرارت، اثر کارسختی ردههای پرمقاومت را کم میکند.