Алюминиевый крепеж: болты, гайки и шайбы

Алюминий как материал для крепежа

Применение алюминиевых сплавов для изготовления крепежа – болтов, гаек и шайб – обеспечивается особыми свойствами алюминия по сравнению с другими конструкционными материалами:

  • Сопротивление атмосферной коррозии; не образует ржавых пятен. При соприкосновении с кислородом воздуха алюминий мгновенно образует на любой своей свежей поверхности защитную оксидную пленку. Поскольку оксиды алюминия являются бесцветными, то, в отличие от углеродистой стали, продукты окисления алюминия не образуют ржавых пятен и не портят внешний вид строительных конструкций.
  • Вес/прочность. Крепежные изделия из алюминиевых сплавов имеют самое высокое соотношение прочности к весу по сравнению с любыми другими металлами, которые применяют для изготовления крепежа. Прочность алюминиевого крепежа сравнима с прочностью крепежа из низкоуглеродистых сталей, а весят алюминиевые болты, гайки и шайбы в три раза легче по сравнению с аналогами из углеродистой или нержавеющей стали.
  • Электрическая проводимость. Высокий уровень электрической проводимости алюминия делает его подходящим для электрических соединений. В зависимости от применяемого алюминиевого сплава алюминиевый крепеж имеет электропроводимость в интервале от 38 до 43 % от «медного стандарта» — отожженной меди.
  • Немагнитность. Все крепежные изделия из алюминиевых сплавов являются немагнитными и не образуют искр.
  • Совместимость/Контактная (гальваническая) коррозия. Применение алюминиевого крепежа в алюминиевых соединениях практически исключает опасность гальванической коррозии.
  • Цветовая идентификация/Сопротивление коррозии. Природную стойкость алюминия к коррозии можно повышать путем анодирования крепежных изделий для тех случаев, когда они применяются в особо коррозионных условиях. В ходе анодирования алюминиевые болты, гайки и шайбы можно окрашивать в различные цвета. Это может быть удобно для быстрой идентификации крепежа при сборке конструкций, а также служить декоративным целям.

Выбор алюминиевых сплавов для крепежных изделий

Выбор алюминиевых сплавов для крепежа с наружной и внутренней резьбой – болтов и гаек – довольно ограничен. Если для изготовления крепежа применять не подходящий алюминиевый сплав или подвергать его неправильной термической обработке, то в результате могут возникать серьезные проблемы с коррозионной стойкостью и прочностью крепежа.

В США наиболее часто болты изготавливают из алюминиевого сплава 2024 в состоянии Т4. Такие болты имеют уровень прочности, вязкости и коррозионной стойкости, которые подходят в большинстве случаев применения в конструкциях и изделиях. Болты из сплава 2024-Т4 часто подвергают анодированию, чтобы повысить их естественную стойкость к атмосферной коррозии [1].

Если конструкционное соединение требует немного более высокой прочности, то могут применяться болты из сплавов 7075-Т73.

Если есть возможность снизить уровень прочности болта, чтобы получить более высокую стойкость к общей коррозии, то применяют болты из сплава 6061-Т6.

Чтобы использовать полную прочность алюминиевых болтов, а также предотвратить коррозионное растрескивание под напряжением, алюминиевые гайки должны быть из алюминиевых сплавов 6061-Т6 или 6062-Т9. Гайки могут изготавливать методом холодной ковки или путем вытачивания из холоднотянутого прутка.

Для изготовления плоских алюминиевых шайб чаще всего применяют плакированный алюминием лист из сплава 2024-Т4 [1].

Алюминиевый крепеж в алюминиевых конструкциях

СП 128.13330.2012 (СНиП 2.03.06-85)

Строительный Свод правил СП 128.13330.2012 (актуализированный СНиП 2.03.06-85) «Алюминиевые конструкции» предусматривает применение для различных категорий болтовых соединений болты из углеродистых сталей, нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов.

Этот документ предписывает применять алюминиевые болты из алюминиевых сплавов (в соответствующих состояниях):

  • АМг5п и
  • АВТ1.

Допускается применять для болтов следующие алюминиевые сплавы (в соответствующих состояниях):

  • АД33Т1,
  • Д18Т,
  • В65Т и
  • В94Т1.

По поводу алюминиевых сплавов для алюминиевых гаек и шайб какие-либо указания отсутствуют.

Еврокод 9

Европейский стандарт EN 1999-1-1, который входит в Еврокод 9 «Алюминиевые конструкции»,  предусматривает применение в болтовых соединениях болты из следующих алюминиевых сплавов:

  • 5754,
  • 5019 и
  • 6082

Алюминиевые болты применяться только для болтовых соединений категории А. К категории А относятся соединения без контроля уровня затяжки болтов. Для соединений с контролем уровня затяжки болтов применяются высокопрочные болты из углеродистой стали.

Алюминиевые сплавы для болтов, гаек и шайб по EN 28839

Европейский стандарт EN 28839 включает шесть алюминиевых сплавов, которые применяются для изготовления болтов, винтов, шпилек  и гаек:

  • AlMg3
  • AlMg5
  • AlSi1MgMn
  • AlCu4MgSi
  • AlZnMgCu0,5
  • AlZn5,5MgCu

Алюминиевые болты и гайки в США

Стандарт ASTM F 468

Технические требования на болты из алюминиевых сплавов от М6 до М36 изложены в американском стандарте ASTM F 468. Стандарт предусматривает изготовление болтов из следующих алюминиевых сплавов с поставкой в следующих состояниях:

  • 2024-Т4
  • 6061-Т6
  • 7075-Т73.

Стандарт ASTM F 467

Технические требования на гайки из алюминиевых сплавов от М6 до М36 изложены в американском стандарте ASTM F 467. Стандарт предусматривает изготовление болтов из следующих алюминиевых сплавов с поставкой в следующих состояниях:

  • 2024-Т4
  • 6061-Т6
  • 6262-Т9.

Специально отмечается, что алюминиевые гайки должны иметь предел текучести  равный или больший, чем минимальный предел прочности при растяжении болта (или шпильки), на которые они устанавливаются.

Aluminium Construction Manual

Американское руководство Aluminium Construction Manual уточняет применение алюминиевых сплавов для изготовления шайб:

  • малые гайки – диаметром 6 мм и менее – из алюминиевого сплава 2024 в состоянии Т4 (закалка и естественное старение);
  • гайки большего диаметра — из сплавов 6061-Т6 и 6262-Т9;
  • для изготовления плоских шайб применяют листы из алюминиевого сплава 2024-Т4 с плакировкой из технического алюминия;
  • пружинные шайбы изготавливают из алюминиевого сплава 7075-Т6.

Весь алюминиевый крепеж – болты, гайки и шайбы – для повышения коррозионной стойкости может иметь анодное покрытие толщиной до 5 микрометров.

Источники:

  1. Handbook of bolts and bolted joints / J. H. Bickford, 1998.
  2. Материалы фирмы BÖLLHOFF.
  3. Aluminium Construction Manual, AAA, 1967