زنجیره فولاد آلیاژی درجه 100: استحکام، مشخصات و ایمنی

زنجیر فولاد آلیاژی درجه 100 بالاترین نسبت استحکام به وزن را در بین تمام زنجیرهای استاندارد شده بالابر سقفی با محدودیت بار کاری تقریباً ارائه می کند. 25% بالاتر از زنجیره درجه 80 با همان قطر . این عملکرد ناشی از یک عملیات حرارتی خاموش کردن و تمپر دقیقاً کنترل شده است که یک ریزساختار مارتنزیتی ریزدانه با حداقل استحکام کششی نهایی 1000 مگاپاسکال (145000 psi) ایجاد می‌کند. برای مهندسان بالابر و ناظران دکل، نتیجه عملی ساده است: یک زنجیر درجه 100 13 میلی متری به طور قانونی جایگزین زنجیر 16 میلی متری درجه 80 در یک مجموعه زنجیر می شود، و وزن قلاب را تقریباً 35 درصد کاهش می دهد و در عین حال ظرفیت یکسان را حفظ می کند.

فونداسیون متالورژی و عملیات حرارتی

نام "گرید 100" به حداقل استحکام کششی نهایی زنجیر 1000 نیوتن بر میلی‌متر مربع (100 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع، از این رو نام‌گذاری درجه 100) اشاره دارد. ماده پایه یک فولاد آلیاژی کربن متوسط ​​با بور است که معمولاً یک نوع اصلاح شده 23MnNiMoCr54 یا معادل آن مطابق با استاندارد DIN 17115 است. بور در غلظت 0.0008٪ تا 0.003٪ سختی‌پذیری را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد، بدون اینکه هزینه‌ای برای محتوای بالای نیکل یا مولیبدن وجود داشته باشد، و به زنجیره اجازه می‌دهد تا در قطرهای تا 45 میلی‌متر به سخت شدن کامل برسد.

توالی ساخت حیاتی با جوش لب به لب با مقاومت الکتریکی پیوند پس از شکل‌گیری آغاز می‌شود. فلاش جوش گرم بریده می شود و کل طول زنجیره وارد یک کوره آستنیته مداوم می شود که در 880 درجه سانتی گراد تا 920 درجه سانتی گراد (1616 درجه فارنهایت تا 1688 درجه فارنهایت) . کوئنچ بلافاصله در محلول آب-پلیمر انجام می شود که زنجیره را به سرعت خنک می کند تا از دماغه فریت-پرلیت در نمودار تبدیل خنک کننده مداوم جلوگیری شود. معتدل کردن در 400 درجه سانتی گراد تا 500 درجه سانتی گراد (752 درجه فارنهایت تا 932 درجه فارنهایت) تنش های پسماند را کاهش می دهد و بخش کوچکی از استحکام کششی نهایی را با چقرمگی ضربه مبادله می کند و رنج نهایی سختی 30 تا 38 HRC را ایجاد می کند. ریزساختار حاصل، وقتی با بزرگنمایی 500 برابر بررسی می‌شود، باید یک ماتریس مارتنزیت کاملاً معتدل و عاری از شبکه‌های کاربید مرز دانه یا کربن‌زدایی در عمق بیش از 0.15 میلی‌متر از سطح را نشان دهد.

محدودیت های بار کاری و الزامات فاکتور طراحی

زنجیر درجه 100 در سطح بین المللی توسط استاندارد EN 818-2 و در آمریکای شمالی توسط ASTM A973/A973M و استاندارد ASME B30.9 زنجیر اداره می شود. هر سه کد دستور الف فاکتور طراحی 4:1 در مورد حداقل مقاومت نهایی برای شکستن زنجیر تک پایه در خدمات بلند کردن عمومی. این بدان معناست که حد بار کاری (WLL) دقیقاً یک چهارم حداقل نیروی شکست تأیید شده است. ضریب طراحی و محدودیت های بار کاری به طور قابل پیش بینی در محدوده قطر استاندارد از 8 میلی متر تا 32 میلی متر مقیاس می شوند.

ضریب طراحی 4:1 فقط برای زنجیر جدید در شرایط سالم اعمال می شود. هنگامی که یک زنجیر گرید 100 در پیکربندی هچ چوکر استفاده می شود، WLL باید با درجه بندی کاهش یابد. 20 تا 25 درصد زیرا شعاع خم محکم در نقطه خفه باعث ایجاد تنش های خمشی و کششی ترکیبی می شود که در تاج پیوند متمرکز می شود. به طور مشابه، یک اتصال سبدی با زاویه پایه بیش از 60 درجه نسبت به عمودی، ظرفیت را کاهش می دهد زیرا مؤلفه نیروی افقی کشش را در هر پایه افزایش می دهد. زاویه موجود بین پایه های زنجیر هرگز نباید از 120 درجه تجاوز کند. در 120 درجه، هر پا 100٪ وزن بار را می بیند، که به طور موثر تقاضای کششی را در مقایسه با یک بالابر عمودی دو برابر می کند.

تشخیص درجه 100 از پایه های پایین تر

زنجیر درجه 100 باید به صورت بصری و دائمی قابل شناسایی باشد تا از جایگزینی ناخواسته زنجیر با ظرفیت کمتر به مجموعه بالابر دارای رتبه بندی جلوگیری شود. هر پیوند درجه 100 دارای علامت شناسایی سازنده و شماره است "10" یا "100" در فواصل منظم در بدنه پیوند نقش می بندد، معمولاً هر پیوند یا هر پیوند دیگری در قطرهای کوچکتر. در مقایسه، زنجیره درجه 80 دارای علامت "8" یا "80" است و دارای حداقل مقاومت کششی نهایی 800 نیوتن بر میلی متر مربع است. جایگزینی درجه 80 به جای درجه 100 در قلابی که برای درجه بالاتر طراحی شده است، بار کاری ایمن را تا 20% کاهش می دهد، حاشیه ای که می تواند با یک بار قاپ دینامیکی به طور کامل مصرف شود.

ابعاد فیزیکی پیوندهای گرید 100 از نظر گام و ضخامت پیوند با گرید 80 متفاوت است، و مانع از قرار گرفتن مناسب اتصال دهنده یا قلاب گرید 80 بر روی زنجیره درجه 100 با همان قطر اسمی می شود. پیوند گرید 100 گامی کوتاه‌تر و سطح مقطع ضخیم‌تری در قسمت تاج و بشکه دارد که وزن زنجیر را در واحد طول تقریباً افزایش می‌دهد. 8٪ تا 12٪ در مقایسه با درجه 80 با همان قطر . این ناسازگاری ابعادی یک ویژگی ایمنی عمدی است. اگر یک پیوند اصلی درجه 80 روی یک زنجیره درجه 100 فشار داده شود، هندسه ناهماهنگ یک افزایش دهنده استرس تماس نقطه ای ایجاد می کند که می تواند باعث ایجاد ترک خستگی شود.

مونتاژ زنجیر و سازگاری اجزا

یک زنجیر درجه 100 فقط به اندازه ضعیف ترین جزء آن قوی است. لینک اصلی، کانکتورهای میانی، کلاچ های کوتاه کننده و قلاب ها همگی باید دارای همان درجه 100 و ضریب طراحی 4:1 باشند. مخلوط کردن یک زنجیره درجه 100 با اتصالات درجه 80 کل مجموعه را تا حد بار کاری درجه 80 کاهش می دهد. رایج‌ترین عدم تطابق با کلاچ‌های کوتاه‌کننده رخ می‌دهد، جایی که یک کلاچ نوع گرپنل که برای زنجیره درجه 80 طراحی شده است، به‌طور ناخواسته روی زنجیره درجه 100 رزوه می‌شود، زیرا اپراتور سازگاری را فرض می‌کند. کلاچ نادرست پیوند را به اندازه کافی تحت بار استاتیک می گیرد اما این کار را می کند در حدود 60 تا 75 درصد ظرفیت نامی زنجیر تحت بارگذاری ضربه ای لغزش کنید. ، زیرا نمایه فک کلاچ با شعاع تاج پیوند مطابقت ندارد.

پیوندهای اصلی و کوپلرهای نوع Clevis برای کاربردهای درجه 100 معمولاً از فولاد آلیاژی کروم-مولیبدن ساخته می‌شوند و برای مطابقت با خواص مکانیکی زنجیره، عملیات حرارتی می‌شوند. پین اتصال توسط یک پین، یک پیچ درپوش سر سوکت با یک عنصر قفل نایلونی، یا یک کوپلینگ دائمی به سبک چکشی نگه داشته می شود. چکش که از دو نیمه آهنگری به هم پیوسته استفاده می کند که با یک چکش به هم متصل می شوند، اتصال دائمی را فراهم می کند که نمی توان به طور ناخواسته آن را جدا کرد و برای تسمه های تک پایه و دو پایه تا قطر زنجیر 32 میلی متر استاندارد است.

ملاحظات رفتار خستگی و عمر خدمات

زنجیره درجه 100 عمر خستگی محدودی را نشان می‌دهد که به محدوده تنش در هر چرخه بستگی دارد، نه مقاومت کششی نهایی. تست DIN 685-5 نشان می دهد که یک زنجیره گرید 100 که به درستی ساخته شده است مقاومت می کند. 20000 چرخه بار با 1.5 برابر حد بار کاری بدون شکستگی پیوند . این حد استقامت، با این حال، فرض می‌کند که زنجیر به صورت محوری در یک خط مستقیم بدون خم شدن اجزاء بارگذاری می‌شود. خم شدن خستگی در زین یک قله یا اطراف گوشه تیز به طور چشمگیری تعداد چرخه های شکست را کاهش می دهد. یک زنجیر درجه 100 که روی قطری کمتر از سه برابر گام پیوند زنجیر خم می‌شود، در کسری از حد استقامت منتشر شده، دچار خستگی می‌شود، زیرا تنش خمشی ترکیبی در داخل پیوند از نقطه تسلیم ماده در هر چرخه فراتر می‌رود.

حفره خوردگی شتاب دهنده اولیه خستگی در بلند کردن دریایی و دریایی است. قرار گرفتن در معرض آب شور حفره های میکروسکوپی روی سطح پیوند ایجاد می کند که به عنوان غلظت تنش عمل می کند که از آن ترک های خستگی شروع می شود. یک زنجیر درجه 100 با گودال‌های زنگ‌زدگی قابل مشاهده عمیق‌تر از 0.2 میلی متر باید فوراً از سرویس خارج شود ، صرف نظر از اینکه چقدر سایش مکانیکی کمی وجود دارد. زنجیر درجه 100 با روکش روی و گالوانیزه گرم در دسترس هستند، اما در معرض نگرانی های تردی هیدروژنی هستند. مرحله تمیز کردن اسیدی در فرآیند آبکاری می تواند هیدروژن را وارد ریزساختار مارتنزیتی کند. پخت هیدروژن پس از آبکاری در 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) برای حداقل چهار ساعت برای انتشار هیدروژن به دام افتاده و جلوگیری از شکستگی شکننده تاخیری الزامی است.

پروتکل های بازرسی دوره ای و معیارهای رد

استانداردهای نظارتی از جمله OSHA 1910.184 و دستورالعمل ماشین‌آلات اروپایی مستلزم بازرسی مستند از زنجیر درجه 100 توسط یک فرد ذیصلاح در فواصل زمانی بیش از 12 ماه، با بازرسی‌های بصری مکرر توسط کاربر قبل از هر شیفت کاری است. بازرسی شخص ذیصلاح هر پیوند را برای معیارهای رد زیر بررسی می کند، که هر یک از آنها نیاز به حذف دائمی زنجیره از سرویس دارد:

• سایش پیوند در هر نقطه از سطح یاتاقان بیش از 10٪ از قطر اسمی اصلی . برای یک زنجیر 13 میلی متری، این به معنای تعویض زمانی است که سطح مقطع فرسوده کمتر از 11.7 میلی متر باشد.
• طولانی شدن هر پیوند فردی بیش از حد 5٪ از زمین اصلی . پیوندی که در ابتدا 39 میلی‌متر در داخل زمین اندازه‌گیری شده بود، نباید از 41 میلی‌متر تجاوز کند.
• هرگونه ترک، بریدگی، بریدگی، بدون توجه به سطحی بودن. پیوندهای زنجیره ای به بریدگی حساس هستند. فرض بر این است که یک ناپیوستگی سطح قابل مشاهده دارای یک جبهه ترک زیرسطحی مرتبط است.
• آسیب حرارتی که با تغییر رنگ آبی، پاشش جوش یا قرار گرفتن در معرض آتش نشان داده می شود. دمای معتدل زنجیره درجه 100 400 درجه سانتیگراد تا 500 درجه سانتیگراد است. هر گونه قرار گرفتن در معرض بالاتر از این آستانه، مارتنزیت را بازپخت می کند و به طور دائم استحکام زنجیره را کاهش می دهد.
• سوراخ خوردگی همانطور که در بالا ذکر شد، یا هر زنجیره ای که در آب دریا بدون شستشو و بازرسی کامل آب شیرین غوطه ور شده است.
• اعوجاج، پیچش، یا خم شدن یک پیوند خارج از صفحه بیش از 10 درجه . یک پیوند پیچ ​​خورده نمی تواند به درستی از طریق اتصال دهنده جفت شود و بارگذاری غیرعادی ایجاد می کند.

آزمایش غیر مخرب با استفاده از بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) در طول بازرسی سالانه مورد نیاز است و پس از تمیز کردن زنجیر به فلز لخت روی هر پیوندی انجام می‌شود. یوغ MPI باید در دو جهت عمود بر هم قرار گیرد تا شکاف هایی که به موازات و عرضی محور پیوند قرار گرفته اند را شناسایی کند. بازرسی نافذ رنگ، در حالی که انجام آن در میدان ساده تر است، جایگزینی نیست، زیرا تنها عیوب شکستن سطح را شناسایی می کند و ترک های زیرسطحی را که ممکن است میکرون از شکستن آنها باشد، از دست می دهد.

ذخیره سازی، جابجایی و حفاظت از محیط زیست

زنجیر درجه 100 باید روی قفسه ای نگهداری شود که از تماس با کف بتنی و رطوبت زمین جلوگیری کند. شیرابه بتن قلیایی همراه با تراکم یک سلول خوردگی موضعی ایجاد می کند که زنجیره را در نقاط تماس قرار می دهد. زنجیرهایی که بیش از شش ماه نگهداری می شوند باید با روغن بازدارنده خوردگی فرار (VCI) پوشانده شوند یا در کاغذ آغشته به VCI محصور شوند. قبل از بازگشت به سرویس، پوشش محافظ باید به طور کامل برداشته شود، زیرا حتی یک لایه روغن سبک می تواند اصطکاک بین زنجیر و یک باربند یا قلاب را کاهش دهد و به طور بالقوه اجازه می دهد بار تحت ارتعاش خزش کند.

محدودیت های دما اعمال می شود. زنجیره درجه 100 حداکثر بار کاری خود را حفظ می کند 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) . بین 200 درجه سانتیگراد تا 300 درجه سانتیگراد، WLL باید به کاهش یابد 90 درصد ظرفیت نامی . بین 300 درجه سانتیگراد تا 400 درجه سانتیگراد، کاهش به شدت افزایش می یابد 75% . در دمای بالای 400 درجه سانتیگراد، زنجیره وارد محدوده تمپر می شود و شروع به نرم شدن دائمی می کند. زنجیره ای که در دمای بالای 400 درجه سانتیگراد در خدمت بوده است باید به طور دائم از سرویس خارج شود، مگر اینکه دوباره عملیات حرارتی شود و توسط سازنده اصلی تأیید شود، فرآیندی که تقریباً هرگز از نظر اقتصادی برای قطرهای زنجیر زیر 20 میلی متر توجیه نمی شود.