Technische informatie

Ongelegeerd staal bevat maximaal 1,5% aan legeringselementen (exclusief koolstof (C)). Veel gebruikte legeringselementen zijn onder andere mangaan (Mn) en silicium (Si). Net als koolstof worden mangaan en silicium gebruikt om de sterkte en hardheid te verhogen. Silicium is tevens een bijproduct van het staalbereidingsproces, het wordt gebruikt om zuurstof aan het staal te onttrekken. 

Ongelegeerd staal is het meest gebruikte staal ter wereld. Dit komt doordat het relatief goedkoop is en erg goed bewerkbaar.

Hooggelegeerd staal bevat meer dan 5% aan legeringselementen. De bekendste vorm is roestvast staal (rvs).  

Hoofdlegeringselementen in rvs zijn chroom (Cr) en nikkel (Ni). Alleen chroom kan gebruikt worden om staal roestvast te maken, maar meestal wordt er een combinatie van chroom en nikkel gebruikt, omdat nikkel een aantal ongewenste effecten van chroom tegenwerkt (bijvoorbeeld 18% Cr en 8% Ni). 

Zoals de naam al doet vermoeden is rvs bestand tegen oxidatie en corrosie. Deze eigenschap is te danken aan de chemische verbinding die chroom aangaat met zuurstof. Door die chemische verbinding vormt er zich een oxidehuid op het staal. De oxidehuid is heel dun en daardoor doorzichtig. Ze bestaat uit een netwerk van chroom (III)oxide, dat wel elektronen kan geleiden maar geen ionen. Daardoor is het metaal tegen corrosie bestand, mits de oxidehuid intact blijft. Dat is helaas niet het geval in een chloride-oplossing zoals zeewater of in gechloreerd zwemwater. Het resultaat is dan gelokaliseerde putvormige corrosie die heel moeilijk te stoppen is, omdat het chloride-ion zich vooral in de corrosieputten verzamelt. Een toeslag van molybdeen kan wel bestendigheid tegen chloor opleveren, bijvoorbeeld voor gebruik in zwembaden. Om de eigenschappen te verbeteren is dan ofwel een laag koolstofgehalte wenselijk, maar dan is de verspaanbaarheid slechter, ofwel een toeslag van titanium, maar dan is de lasbaarheid slechter. 

Vervormen
Er zijn verschillende productiewijzen voor de productie van bevestigingsartikelen. De gekozen productiewijze hangt af van het type bevestigingsmateriaal en de gekozen staalsoort. In de praktijk wordt koud vervormen van staal veel toegepast. Zoals het woord eigenlijk al zegt wordt er hier een stuk staal koud vervormd tot een bevestigingsartikel.  

Het vervormen tot het gewenste bevestigingsartikel gebeurt meestal door middel van ‘stuiken’ middels matrijzen. Hierbij wordt in meerdere stappen en met verschillende gereedschappen de gewenste vorm verkregen. Dit wordt ook wel koudwalsvervormen genoemd. Voor het maken van schroefdraad moet het staal namelijk worden gewalst. Hierbij wordt, door middel van twee contravormen in de vorm van walsbakken, de gewenste schroefdraad op de bout of schroef gewalst. Om dit goed en netjes te doen moet er veel olie bij dit proces worden toegevoegd om de bewerking te smeren. 

Met koud vervormen kun je bouten tot ongeveer M30 vervormen, daarna moet je warm vervormen vanwege de noodzakelijke kracht die nodig is om het staal te vervormen. Verder is warm vervormen nodig wanneer je te maken krijgt met grote stuikvervormingen. Doordat de materiaaldichtheid toeneemt bij koud vervormen, moet je hier eerder gebruik maken van warm vervormen. 

Naast warm en koud vervormen kun je een bevestigingsartikel ook vervormen door een verspanende vervorming. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij het tappen van (binnen)schroefdraad bij moeren. Soms wordt er voor kleine series of speciale draadvormen ook nog gebruik gemaakt van deze snijdende vervorming van staal maar dit komt door de ontwikkeling van koudvervorming steeds minder voor. 

Warmtebehandelingen
Nadat het bevestigingsartikel is gevormd kun je de mechanische eigenschappen van het staal veranderen door warmtebehandeling. Er zijn verschillende manieren van warmtebehandelingen die worden gebruikt voor bevestigingselementen zodat deze in de praktijk de belasting aankunnen die men ervan mag verwachten. De vereiste mechanische eigenschappen, zoals treksterkte en vloeigrens worden door dit soort processen bereikt. 

Bij de productie van bouten en schroeven worden vooral warmtebehandelingen als verwarmen om te harden, oppervlakteharden en gloeien (verhitten als nabehandeling) ingezet. De opbouw van dit proces in temperatuur en tijd is afhankelijk van de vereiste mechanische eigenschappen van het eindproduct. 

Harden
Het (na)harden van stalen bevestigingsartikelen gebeurt bij bouten vanaf klasse 8.8 volgens DIN 898 deel 1 en bij moeren volgens DIN EN 20898 deel 2 vanaf klasse 5 en 8 (>M16) voorgeschreven. 

Het harden bestaat uit het verwarmen en direct aansluitend ontlaten. De bouten worden afhankelijk van het koolstofgehalte tot een bepaalde temperatuur verhit en gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur gehouden. Hierbij wordt de materiaalopbouw omgevormd. Door direct daarna te ontlaten (in water of olie) krijgt het eindproduct de gewenste hardheid. 

Ontlaten
Het glasharde (en dus brosse) staal wat nu is ontstaan (en waardoor waterstofbroosheid kan ontstaan) is in de praktijk niet toepasbaar. De producten moeten nog een keer op een (in norm vastgelegde) minimumtemperatuur worden gebracht om de ontstane spanning in het product te reduceren. Door deze maatregel vermindert weliswaar de vooraf ontstane hardheid (maar ligt nog duidelijk hoger dan dat van de originele werkstof) en men bereikt een grotere taaiheid. Dit proces is hierdoor een belangrijk hulpmiddel voor de fabrikant om bouten die eigenschappen mee te geven die eraan gesteld worden. 

Oppervlakteharden
Dit proces wordt toegepast bij de productie van o.a. spaanplaatschroeven, plaatschroeven en gipsplaatschroeven. Hierbij is het van groot belang dat het product een grote oppervlakte hardheid heeft om in staat te zijn zelf de schroefdraad te snijden in het gewenste materiaal. 

Hiervoor wordt staal met een koolstofgehalte van 0,05 tot 0,2% koolstof gebruikt. Deze wordt verwarmd en voor langere tijd in een koolstof onttrekkende atmosfeer gehouden (bijv. Methaangas). Het koolstof defendeert naar de randzone en verhoogt daarmee plaatselijk het koolstofgehalte.  

Dit proces noemt men ontkolen. Hierna wordt het product ontlaten, waardoor het product aan de rand erg hard wordt. Groot voordeel hiervan is dat de schroef een harde buitenkant krijgt terwijl de kern van de schroef taai blijft. Dit bovenstaande proces van oppervlakteharden wordt vaak in lange rolbandovens toegepast. Er zijn verschillende factoren binnen dit hardingsproces die van grote invloed kunnen zijn op de uiteindelijk kwaliteit van de bevestigingsartikelen. Denk hierbij aan de afgestelde temperatuur van de oven, snelheid van de loopband (tijd) maar ook de hoeveelheid schroeven op de band (constante temperatuur per batch). Juist in dit proceskan men heel veel kwaliteit winnen of verliezen als het gaat om de mechanische eigenschappen van bijvoorbeeld schroeven. Voor schroeven geldt hierbij: zo hard en sterk mogelijk, maar ook zo flexibel en buigzaam mogelijk. Dit zijn (fysisch gezien) tegenstrijdige eigenschappen in staal. 

Gloeien
Er bestaan verschillende manieren van gloeien of nagloeien. Hierbij is het weer belangrijk wat de eisen zijn die aan het eindproduct gesteld worden en de spanning die in de werkstof zit. Een belangrijk en veel voorkomend proces bij bevestigingsmateriaal is het spanningsarm gloeien (product wordt verwarmd tot 600°C en daar een langere tijd op gehouden). De (bij koudvervorming) ontstane koudversteviging kan door spanningsarm gloeien aan het materiaal worden onttrokken. Dit is belangrijk bij bouten en schroeven van sterkteklasse 4.6 en 5.6, omdat deze producten een groot uitrekkingsgebied (vloeitraject) moeten hebben.

Algemeen
Elektrolytisch verzinken is een elektrochemisch proces waarbij een zinklaag neergeslagen wordt op het productoppervlak. Binnen electrolytisch verzinken is een breed scala aan alternatieven voorhanden in laagdiktes, basismaterialen (zink / zink-ijzer / zink-nikkel), passiveringen. De minimale laagdikte is ca 3 μm en kan oplopen tot ca 30 μm (gecombineerde laag). Wij hanteren op onze bevestigingsartikelen meestal een minimale laagdikte van 5 μm.   

Een elektrolytisch zinkproces heeft altijd een nabehandeling om aantasting van de zinklaag te voorkomen. Dit heet het passiveren (of ook wel chromateren of bichromatiseren) en vertoond, afhankelijk van de behandeling (passiveren), een transparante groengele (geelverzinkt) of metallic-lichtblauwe tint (blauwverzinkt). Door het passiveren neemt de corrosiebestendigheid sterk toe en wordt het uiterlijk verfraaid. De passiveerlaag is een dun zinkchromaat/zinkoxidelaagje bovenop de zinklaag. Bij standaard verzinken geeft dit een metallic-lichtblauwe tint en bij geel verzinken vertoont de zinklaag een transparante goudkleurige tint. De corrosiebestendigheid van deze twee verschillende passiveringen is vrijwel gelijk, maar de geelverzinkte variant is sinds de nieuwe ROHS-richtlijn uit 2011 in opspraak geraakt vanwege het schadelijke zeswaardige chroom, wat voorheen gebruikt werd bij deze passivering. 

Bij het elektrolytische verzinkproces wordt er waterstof op het productoppervlak ontwikkeld. Zeker bij geharde staalkwaliteiten met een hoge sterkte, met name vanaf 8.8 en hoger, kan de in het staal opgenomen waterstof een aanzienlijk verlies aan ductiliteit veroorzaken (de zogenaamde waterstofbrosheid). 

Toepassingsgebied
Het toepassingsgebied van elektrolytisch verzinkte bevestigingsmaterialen is divers vanwege de diverse corrosiewerende eigenschappen door de laagdikte. 

Verzinkte bevestigingsmaterialen worden doorgaans voorzien van een beschermende zinklaag volgens ISO A2A met een minimale laagdikte van 5 Mu. In principe geldt: hoe dikker de zinklaag op stalen bevestigingsmateriaal, hoe langer het duurt voordat hij weg gecorrodeerd is. De gemiddelde atmosferische corrosie voor alle zinktypes in Nederland in de buitenatmosfeer bedraagt momenteel 0,42 μm/jaar (gegevens TNO, Rijkswaterstaat en TU Delft). Dat komt gemiddeld overeen met een corrosieklasse C2 in Nederland. 

De zinklaag wordt aangetast door de hoeveelheid chloride en SO2 (zwavel) in de omgeving. Het water maakt deze aantasting mogelijk. SO2 heeft een grote invloed op het corrosiegedrag en daardoor op de duurzaamheid van stalen-verzinkte producten.  Het corrosieklimaat in West-Europa wordt wel steeds minder agressief door de drastische afname van het SO2-gehalte in de lucht. Het SO2-gehalte in Nederland is door allerlei maatregelen en wetten in Europees verband, zoals eisen aan autobrandstoffen, uitstoot van energiecentrales etc., vanaf 1980 geleidelijk gaan dalen tot een verwaarloosbaar niveau. 
Naast SO2 speelt choride een belangrijke rol bij corrosievorming van zink. Chloride maakt de oxidelaag op het zink sneller oplosbaar in water, waardoor de zink-corrosiesnelheid toeneemt. Als het zink (plaatselijk) is verdwenen, neemt ook de ijzercorrosiesnelheid toe in aanwezigheid van chloriden. Nederland heeft voornamelijk in een smalle strook van ca. 750 meter langs de kust een hoog chloridegehalte; echter uit veiligheidsoverwegingen nemen we 10 km om ook de invloed van de zeewind mee te nemen. Onder normale condities wordt gebruik van verzinkte bevestigingsartikelen geadviseerd in beschermde condities (binnen gebruik). 

Corrosiewerendheid
Tot 24 uur in zoutsproeitest volgens ISO 9227 voor A2A tot circa 240 uur voor speciale zink- ijzer legeringen. 

Maximale toepassings temperatuur
80 graden Celcius 

Aanduiding elektrolytische zinklagen conform ISO 4042 

In ISO 4042 is de aanduiding van elektrolytische zinklagen vastgelegd. Aanduiding vindt plaats aan de hand van een code van twee letters en een cijfers (bijvoorbeeld: A2F). In dit voorbeeld staat de A voor zink (Zn), de 2 voor een laagdikte van 5 μm en de F voor een heldere passivering. De volgende tabellen geven de diverse onderdelen van de code weer: 

Normale leveringscondities in bevestigingsmaterialen: 

Electrolytisch verzinkt: ca. 5 μm A2A / A2B / A2E / A2F. Zonder specifieke overeenkomst tussen leverancier en afnemer kan een willekeurige variant geleverd worden.

Geel verzinkt: ca. 5 μm A2C / A2G / A2L. Zonder specifieke overeenkomst tussen leverancier en afnemer kan een willekeurige variant geleverd worden.

Alternatieve namen
Galvaniseren, electroplating, zinc plating

Algemeen
Het thermisch verzinken van bevestigingsartikelen gebeurt volgens het centrifugeproces met een hoge zinkbadtemperatuur. Het product wordt gedompeld in een bak met vloeibaar zink waarbij een groot blok zink is verwarmd tot ca. 400°C. Tijdens het dompelen wordt het product bedekt met een laag vloeibaar zink en meteen na het uittakelen stolt deze laag. De laag is minder glanzend en na een aantal dagen meestal zelfs matgrijs. De laagdikte wordt niet bepaald door de tijdsduur in het bad, maar door de dikte van het materiaal. Tijdens het centrifugeren wordt een laagdikte van 40 - 70 μm gevormd. De voordelen van verzinken bij deze temperaturen is de geringe viscositeit van het zink bij het centrifugeren en de silicium invloed die (vergaand) wordt geëlimineerd. Nadelen van thermisch verzinken zijn druppelvorming en vervorming van dun materiaal. 

Toepassingsgebied 
Divers. Geschikt voor gebruik in normaal buitenklimaat en dus niet direct in het kustgebied of in agressieve, chemische of zure atmosferen. Vanwege de lage maatvastheid is het minder geschikt voor kritische belastingen en kan het door de dikte van de laag niet gebruikt worden voor bevestigingsartikelen kleiner dan M5.  

Corrosiewerendheid
Is afhankelijk van de aangebrachte laagdikte. Bij een laagdikte van 50 μm. is dit circa 500 uur in zoutsproeitest volgens ISO 9227. 

Maximale toepassingstemperatuur
250 graden Celcius

Alternatieve namen
Volbad verzinken, hoge temperatuur verzinken, Hot-dip Galvanising, Feuerverzinken

Algemeen
Fosfateren is een chemisch proces dat een laag onoplosbare fosfaten op een metaaloppervlak aanbrengt. Omdat de toplaag van het basismateriaal geen metaal meer bevat, reageert het anders dan het oorspronkelijke metaaloppervlak. Een dergelijke laag noemt men ook wel conversielaag. De fosfaatlaag heeft goede hechting en geeft daarnaast ook lichte corrosiebescherming aan het staal. Het fosfateerproces kan niet worden gebruikt bij metalen als: messing, koper of roestvast staal. 

Binnen bevestigingsmaterialen wordt fosfateren met name toegepast voor gipsplaatschroeven. De fosfaatlaag zorgt ervoor dat de later aan te brengen stuclaag of gipsspachtel goed hecht aan de schroefkop. Daarnaast zorgt de fosfaatlaag voor voldoende roestwerende eigenschappen in de gipsvezelplaten om eventuele bruine roestvlekken later in de wand te voorkomen.

Elektrolytisch verzinkte schroeven kunnen in sommige gevallen niet goed tegen de stoffen die in de droogbouw gebruikte gipsspachtel kunnen voorkomen waardoor deze in deze toepassing eerder zouden kunnen roesten. Echter, als je kijkt naar de corrosiebestendigheid van een gefosfateerde schroef ten op zichte van een electrolytisch verzinkte schroef in een zoutsproeitest, is een verzinkte schroef wel vele malen roestwerender dan een gefosfateerde schroef.

Toepassingsgebied
Gipsplaatschroeven voor montage in droogbouw (gipsplaten)

Corrosiewerendheid
Variërend tussen 8 en 24 uur in zoutsproeitest volgens ISO 9227  

Maximale toepassings temperatuur
250 graden Celcius

Algemeen
De invloed van chloriden of andere agressieve zure stoffen op (verzinkt) staal kan worden tegengegaan door het aanbrengen van een organische deklaag over het verzinkte staalproduct. Deze coatinglaag werkt in feite als isolator en beschermt het staal tegen alle milieueffecten van buitenaf (atmosferische corrosie). Dergelijke oppervlaktebehandelingen worden ook wel een Duplex systeem genoemd.

Onze Dynaplus AR-coating C4 is een voorbeeld van een dergelijk duplex coating systeem. Er wordt hierbij bovenop de eerste metallische zinklaag van minimaal 5 μm een organische deklaag (ook op basis van zink) aangebracht. Deze is bestaat uit verschillende deklagen met een totaal van minimaal 15 μm op het bevestigingsartikel. Dit zorgt voor een uitstekende corrosieweerstand tegen zowel atmosferische invloeden als tegen een groot aantal agressieve stoffen.  

De verschillende coatingslagen worden door middel van een centrifugeproces bij een lage procestemperatuur op de schroef aangebracht. Door de lage procestemperatuur en het ontbreken van waterstofontwikkeling vindt er geen beïnvloeding van de materiaaleigenschappen plaats en is er dus geen kans op waterstofbrosheid.  
Het aantal lagen van de coating, de hechting tussen deze lagen en de totale (gelijkmatige) laagdikte van de verschillende deklagen zijn van groot belang voor de uiteindelijke corrosiebescherming van het gecoate stalen product. Daarnaast geldt: hoe hoogwaardiger de gebruikte organische coating, hoe groter de levensduurverwachting. Voor bevestigingsmaterialen met een Duplex systeem (maar ook voor gewone verzinkte producten) geldt ook dat een goede behandeling (nadat ze de fabriek verlaten hebben) essentieel is voor de totale levensduur. Een goede opslag en goede verwerking op de bouw (wat beschadigingen aan de coating doet voorkomen) is van essentieel belang voor de totale levensduur van het product. Dit is dan ook meteen het nadeel voor de roestwerendheid van stalen bevestigingsmateriaal voorzien van coating ten op zichte van RVS bevestigingsartikelen. RVS bevestigingsmaterialen zijn namelijk gemaakt van 'door en door' corrosiebestendig materiaal terwijl de gecoate bevestigingsartikelen het moeten hebben van hun beschermlaag. 

Stalen (bevestigings)artikelen met een hoge kwaliteit roestwerende coating zijn in veel toepassingen een beter alternatief dan de RVS bevestigingsmiddelen. Er zijn echter verschillende merken, soorten en kwaliteiten coatings verkrijgbaar met ieder zijn eigen specifieke eigenschappen of toepassing. De soort coating maar ook de nauwkeurigheid en manier van aanbrengen van roestwerende coatings op bevestigtingsartikelen bepaald de kwaliteit en de levensduur. Zo zijn bijvoorbeeld niet alle coatings voldoende zuurbestendig tegen de chloraminezuren die de chloordamp in zwembaden bevat. Dacromet coatings bijvoorbeeld kunnen wel goed standhouden in neutrale en basische klimaten (zoutsproeitesten), maar niet goed standhouden in zure klimaten (Kersternich test). De Dynaplus AR-coating is door verschillende tests zeer goed bestand gebleken tegen zuren en lijkt hiermee goed geschikt voor gebruik in dergelijke zure atmosferen zoals zwembad- en stalomgevingen.  

Toepassingsgebied
Geschikt voor een breed scala aan toepassingen; zowel binnen als buiten. De toepassing van deze coatingssystemen op bevestigingsartikelen is voornamelijk bekend in de automotive industrie. 
Onze Dynaplus AR-coating is door de goede chemische resistentie tevens goed geschikt gebleken voor de toepassing in zwembadomgevingen (chloride), stalomgevingen (ammonia) en bijvoorbeeld in houtsoorten met veel zuren zoals eiken, red cedar en gemodificeerde houtsoorten zoals Accoya hout (azijn).  

Corrosiewerendheid van duplex coatings

• Variërend tussen 500 en 1500 uur in zoutsproeitest volgens ISO 9227  
• Variërend tussen de 10 en 25 cycli Kersternich test volgens ISO 3231 

Maximale toepassings temperatuur
250 graden Celcius 

Er zijn verschillende merken op gebied van Duplex systeemcoatings 

• Dacromet
• Geomet
• Delta
• Magni
• Ruspert 

Systeem voor aanduiding van sterkteklassen
De aanduiding voor sterkteklassen van bouten, schroeven en tapeinden bestaat uit twee getallen gescheiden door een punt, zoals 8.8 of 10.9. Het getal links van de punt bestaat uit één of twee cijfers en geeft 1/100 van de nominale treksterkte in Newton/mm² (Megapascal) weer. Het getal rechts van de punt geeft 10 keer de verhouding tussen de minimale vloeigrens, 0,2% rekgrens of de proefspanning bij 0,0048d ongelijkmatige verlenging en de nominale treksterkte. Deze waardes zijn vindbaar in de onderstaande tabel. 

Voor producten met een beperkte belastbaarheid door de vorm van de kop en/of de steel dient voor de normale sterkteklasse aanduiding een 0 geplaatst te worden (voorbeeld: 08.8). Dit komt binnen ons leverprogramma van onze ‘standaard’ DIN genormeerde bevestigingsartikelen echter niet voor.  

De gegevens in onderstaande tabel geven de mechanische eigenschappen voor bouten, schroeven en tapeinden weer bij een beproeving in een omgevingstemperatuur van 10° C tot 35° C volgens NEN-ISO 898/1. Deze eigenschappen veranderen bij hogere- of lagere temperaturen. Deze gegevens gelden voor schroeven met een nominale d 39 mm, voorzien van metrische schroefdraad en bestaande uit gelegeerd- of niet gelegeerd staal. De minimale treksterkten gelden alleen voor schroeven met een nominale lengte 2,5 d. De minimale hardheden gelden voor schroeven met een nominale lengte l 2,5 d en voor producten die niet volgens een trekproef beproefd kunnen worden. 

De proefkracht volgens de volgende tabel is axiaal op bout toegepast en gedurende 15 seconden vastgehouden. De proef is geslaagd met als criterium dat de boutlengte ná de test niet is toegenomen, met een tolerantie van ± 12,5 μm. Voor de gebruiker is de volgende tabel een hulpmiddel om de meest geschikte keuze te maken. 

Onderstaande tabel is een uittreksel uit EN ISO 898-1; een proefkracht voor ISO schroefdraad.

Verhoogde temperaturen kunnen veranderingen veroorzaken in de mechanische en functionele eigenschappen van een bevestigingsartikel. Tot een temperatuur van 150°C zijn er geen schadelijke effecten bekend die een verandering van de mechanische eigenschappen veroorzaakt. Bij temperaturen boven de 150°C tot 300°C moet het functioneren van het bevestigingsartikel goed onderzocht worden. 

Hieronder de richtlijn van de vloei/rekgrens van staal bij verhoogde temperaturen.