جنس پیچ، بیش از هر متغیر دیگری تعیین می‌کند اتصال چقدر دوام می‌آورد. اما انتخاب جنس یک سؤال نیست، دو سؤال جداست که مدام با هم قاطی میشوند: چقدر باید قوی باشد و در چه محیطی کار می‌کند.
پیچ و مهره‌ها در بازار بنا به موارد مصرف از جنس‌های گوناگونی تولید میشوند. البته بیشتر از جنس فولاد‌های کربنی. اتصال دهنده‌ها یا همان پیچ و مهره‌ها در طیف گسترده ای از مواد مثل چوب، پلاستیک، تفلن، کاچو، فیبر، فلزات و خیلی از موادی که در صنعت وجود دارد ساخته میشوند. فلزات مورد استفاده برای ساخت اتصالات آهن، فولاد، فولاد ضد زنگ(استنلس استیل)، استیل‌های نسوز، تیتانیوم، آلمینیوم، برنج و مس میباشد. فلزات آلیاژهای متفاوتی دارند که هر کدام خواص ظاهری، شیمیایی و مکانیکی خودرادرند. برای مثال در برخی آلیاژ‌ها استحکام زیادی داریم و در برخی دیگرد مقاومت در برابر خوردگی مشاهده میشود. برخی از آلیاژ‌ها وجود دارند که از نظر ظاهری نیز میتواند مصارف تزئینی داشته باشند.
به صورت کلی برای توصیف متریال‌های مختلف از یک عدد استفاده میشود. برای مثال در استاندارد DIN به Mo40 ,1.7225 گفته میشود.
انواع متریال ها
آهن
آهن به دلیل تولید و استخراج آسان و همچنین مقدار انبوه استفاده زیادی در صنعت پیچ و مهره، لوله و اتصالات دارد.بسیاری از پیچ‌ها برای هزینه کمتر از آهن تولید میشود. اکثر پیچ‌هایی که در بازار با نام گالوانیزه یافت میشود معمولاً از جنس آهن میباشد. البته باید توجه داشت که گالوانیزه نوعی پوشش است و بر روی بسیاری از متریال‌ها میتوان استفاده کرد. در بازار ST37 , ST52 که در دسته متریال‌های ساختمانی هستند از جنس آهن میباشند.
فولاد
برخی از فولاد‌ها نیز از متریال‌های ارزان هستند و میتوان در مصارف انبوه از بعضی از آنها استفاده کرد.فولاد‌ها مقاومت بیشتری نسبت به آهن دارند و علاوه بر استحکام بیشتر کمی تردتر از آهن نیز میباشند. فولاد‌ها ترکیبی از آهن و عناصر دیگر میباشند که هم خواص فیزیکی را تغیر میدهد هم خواص شیمیایی.متریال‌های موجود در بازار با نام‌های Mo40، CK45، VCN و فولاد گرم کار که در بازار وجود دارند از دسته فولاد‌ها میباشند.
چدن
چدن نیز از جمله فولاد‌هایی میباشد که کربن زیادی دارند. چدن استحکام بالایی دارد و همچنین بسیار شکننده است. از نظر مکانیکی چدن انعطاف و چکش خواری ندارد. به همین علت در ساخت بدنه بسیاری از دستگاه‌ها از چدن استفاده میشود مانند بسیاری از دستگاه‌های CNC و تراش. همچنین چدن بعد از ریخته‌گری دچار تنش میباشد و برای استفاده از آن در موارد دقیق آنرا تا بیش از ده سال بعد از ریخته‌گری ماشین کاری نمیکنند. و این نوع متریال با آهن جوش نمیخورد.
برخی از فولاد‌ها نیز با نام فولاد‌های آلیاژِ شناخته میشوند که در ترکیبات شیمیایی آنها به مقدار کمی منگنز و گوگرد وجود دارد.
فولاد ضد زنگ
فولاد زد زنگ (Stainless Steel) دسته ای از فولاد‌ها هستند که در آلیاژ خود علاوه بر ترکیبات دیگر میتوانند نیکل و کروم داشته باشند و به همین علت خواص شیمیایی بسیار متفاوتی دارند. فولاد‌های زد زنگ معمولاً در محیطهای بسیار مرطوب یا در محیطهای اسیدی کاربرد بسیاری دارند. این فولاد‌ها زنگ نمیزنند و دچار خوردگی نمیشوند و در صنایع پتروشیمی کاربرد بسیاری دارند. فولاد‌هایی در بازار که نام Stainless Steel دارند از این دست فولاد‌ها هستند.
این نوع فولاد‌ها انواع متفاوتی دارند، مانند SS410, SS316, SS310, SS304 که هرکدام خواص متفاوتی دارند. SS316 از دسته فولاد‌های میباشد که خواصیت مغناطیسی ندارند و بسیار در برابر اسید مقاوم است. اصطلاحاً به این نوع استیل که خاصیت مغناطیسی ندارد، استیل نگیر نیز گفته میشود. SS410 نیز از دسته فولاد‌های نسوز میباشد که در دمای بالا خاصیت خود را از دست نمیدهد.
فولاد ضد زنگ را میتوان به سه نوع مختلف تقسیم کرد: آستنیتی، مارتنزیتی و
استیل ضد زنگ آستنیتی (Austenitic)
این نوع فلز بین 15٪ -20٪ کروم، بین 5٪ -19٪ نیکل دارد. ضد زنگ آستنیتی بالاترین میزان مقاومت در برابر خوردگی را در بین این سه نوع فلز را دارد که شامل گریدهای 302، 303، 304، 304 L، 316، 347 و 348 میباشد. آنها همچنین مقاومت کششی بین 80.000 – 150.000 ( PSI) دارند.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic)
این نوع فلز بین 12٪ -18٪ کروم دارد. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی یک فولاد مغناطیسی محسوب میشود و برای افزایش سختی آن میتوان از گرما استفاده کرد. ولی جوشکاری برای آن توصیه نمیشود. انواع آن شامل 410، 416، 420، 431 است و دارای مقاومت کششی بین 180.000 و 250.000 (PSI) هستند.
فولاد ضد زنگ فریتیک (Ferritic)
این نوع فلز بین 15٪ -18٪ کروم دارد. اگرچه فولاد ضد زنگ فرتونی دارای مقاومت کششی 65.000 – 87.000 میباشد، با این حال در برابر خوردگی مقاوم است ولی برای مناطقی که احتمال دارد خوردگی رخ دهد توصیه نمیشود.برای افزایش سختی و بهبود آن نمی‌توان از گرما استفاده کرد و جوش برای آن مناسب نیست. انواع آن شامل 430 و 430(F) است.
در زیر تعدادی از نمرات فولاد ضد زنگ که وجود دارد آمده است:
18-8فولاد ضد زنگ
این فولاد ضد زنگ حاوی تقریبا 18٪ کروم و 8٪ نیکل است. این رایج‌ترین طراحی ضد زنگ سخت افزار است.
فولاد ضد زنگ 316
این ضد زنگ یک درجه از فولاد ضد زنگ مقاوم‌تر است و برای محیطهای نمکی و کلردار گزینه ی ایده آلیست و بهای آن از ضد زنگ 8-18 بیشتر است.
410 فولاد ضد زنگ
(11.5٪ -13.5٪ کروم، حداکثر کربن.15٪)
این آلیاژ ضد زنگ از فولاد ضد زنگ 18-8 سخت‌تر است، اما در برابر خوردگی مقاوم نیست.
تیتانیوم
تیتانیوم فلزی است که مقاومت بسیار بیشتری از آهن دارد و سبک‌تر است اما به دلیل هزینه (آن بجز در موارد خاص) پیچ و مهره تولید نمیشود. تیتانیوم در برابر خوردگی نیز مقاوم است.
برنز سیلیکون
برنز سیلیکون که اغلب به آن برنز نیز گفته میشود، آلیاژی است که اکثراً از مس وقلع و مقدار کمی سیلیکون ساخته شده‌است. مفرغ در درجه اول در محیط‌ها ی دریایی استفاده میشود. برنز از نظر رنگ شبیه به مس است و بدلیل استحکام بالا میتوان در ساخت قایق‌های چوبی و یا تعمیر مجدد آنها استفاده کرد. گاهی اوقات از برنز در چوب‌های تزئینی به خاطر ظاهر آنها استفاده میشود.
برنج
برنج آلیاژی از مس و روی است که مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و رسانای الکتریکی است. این پیچ‌ها کاربرد بسیار متنوعی دارند برای مثال علاوه بر استفاده در مصارف برقی و الکتریکی به دلیل رنگ و جلای آن کاربرد تزئیینی نیز دارند. بسیاری از اتصالات منبع‌های آب نیز برنجی میباشد.
آلومینیوم
آلومینیوم یک فلز سبک و نرم است و ذاتا در برابر خوردگی مقاوم است و مانند فولاد ضد زنگ است. اتصال دهنده‌ها از انواع آلیاژ آلومینیوم ساخته میشوند و عناصری همچون منگنز، آهن، منیزیم، روی، مس و سیلیکون به منظور افزایش مقاومت و نقطه ذوب اضافه میشوند. پرچ‌ها اغلب از آلیاژهای آلومینیوم در سری 5000 ساخته میشوند که از منیزیم به عنوان عنصر آلیاژ اولیه استفاده می‌کنند.
دو سؤال جدا
| سؤال | پاسخ با چه تعیین میشود | نمونه |
|---|---|---|
| چقدر قوی؟ | کلاس استحکام و عملیات حرارتی | ۴٫۸ تا ۱۲٫۹ |
| در چه محیطی؟ | جنس پایه و پوشش | فولاد گالوانیزه، استنلس ۳۱۶ |
اشتباه رایج این است که یکی را به‌جای دیگری حل کنند. پیچ استنلس در محیط خورنده عالی است ولی لزوماً قوی نیست. پیچ ۱۲٫۹ بسیار قوی است ولی در محیط مرطوب بدون پوشش زنگ می‌زند — و بدتر، سختی بالایش آن را به خوردگی تنشی حساس‌تر می‌کند.
گزینه‌های اصلی
- فولاد کربنی: اقتصادی، برای محیط خشک یا با پوشش. کلاس‌های ۴٫۸ و ۵٫۸.
- فولاد آلیاژی: کروم-مولیبدن و مشابه؛ برای کلاس‌های ۸٫۸ و بالاتر. استحکام از عملیات حرارتی می‌آید.
- استنلس آستنیتی: ۳۰۴ و ۳۱۶؛ مقاومت خوردگی بالا، استحکام محدود.
- استنلس مارتنزیتی: ۴۱۰؛ قابل سخت‌کاری، مقاومت خوردگی کمتر.
- فولاد هوازده: برای سازه‌های بدون رنگ، همراه A588.
- برنج و مس: کاربردهای الکتریکی و تزئینی؛ استحکام پایین.
سه خانواده استنلس و تفاوت بنیادی‌شان
«استنلس» یک جنس نیست، یک خانواده است. سه شاخه‌ی اصلی‌اش رفتار کاملاً متفاوتی دارند:
| خانواده | نمونه | مغناطیسی؟ | عملیات حرارتی | مقاومت خوردگی |
|---|---|---|---|---|
| آستنیتی | ۳۰۴ و ۳۱۶ | عملاً خیر | سخت نمیشود؛ فقط کارسرد | بالاترین |
| مارتنزیتی | ۴۱۰ و ۴۳۱ | بله | قابل سخت‌کاری | کمتر |
| فریتی | ۴۳۰ | بله | سخت نمیشود | متوسط |
هماهنگی اجزا — قاعده‌ای که نادیده گرفته میشود
سه قطعه‌ی یک اتصال باید با هم انتخاب شوند:
- کلاس مهره مساوی یا بالاتر از عدد اول کلاس پیچ.
- جنس هم‌خانواده برای پرهیز از خوردگی گالوانیکی.
- پوشش یکسان برای پیچ و مهره و واشر.
سوالات متداول
جنس پیچ را چطور انتخاب کنیم؟
دو سؤال جدا را جواب دهید: چقدر باید قوی باشد (کلاس) و در چه محیطی کار می‌کند (جنس و پوشش).
آیا پیچ استنلس از پیچ فولادی قوی‌تر است؟
معمولاً خیر. استنلس آستنیتی با عملیات حرارتی سخت نمیشود و از پیچ ۱۰٫۹ ضعیف‌تر است.
آیا کلاس ۱۲٫۹ همیشه بهترین است؟
خیر. سخت‌تر یعنی تردتر و حساس‌تر به شکنندگی هیدروژنی و خوردگی تنشی.
چرا جنس مهره باید با پیچ یکی باشد؟
برای پرهیز از خوردگی گالوانیکی در حضور رطوبت.