Bulong Lục giác thép mạ kẽm 10.9 M20x70 DIN 931 – Ren lửng

Bu lông lục giác thép mạ kẽm 10.9 M20x70 DIN 931 – ren lửng là bu lông cường độ cao có một đoạn thân trơn dài 24 mm và đoạn ren 46 mm ở đầu mút, đường kính danh nghĩa 20 mm, chiều dài thân 70 mm, bước ren 2,5 mm, đầu lục giác kích thước đối diện s = 30 mm và bề mặt mạ kẽm điện phân. Cấp bền 10.9 cho giới hạn bền kéo khoảng 1040 MPa cùng giới hạn chảy khoảng 940 MPa. Đoạn thân trơn giữ nguyên đường kính 20 mm nên chịu cắt và định vị tốt hơn hẳn phần ren.

Bu lông M20x70 DIN 931 mạ kẽm ren lửng là gì?

DIN 931 là tiêu chuẩn Đức cho bu lông đầu lục giác ngoài ren lửng, tương đương ISO 4014. Điểm khác biệt so với DIN 933 nằm ở chỗ ren không chạy suốt: chỉ đoạn cuối thân mang ren, phần còn lại là thân trơn nguyên đường kính. Với M20, tiêu chuẩn quy định chiều dài ren b = 46 mm cho bu lông tới 125 mm, 52 mm cho 125 đến 200 mm và 65 mm cho trên 200 mm.

Ở cỡ 70 mm, chiều dài ren là 46 mm, tức khoảng 18 vòng ren bước 2,5 mm, và đoạn thân trơn dài 24 mm. Chiều dài tổng được đo từ mặt tỳ dưới đầu bu lông. Đầu lục giác có kích thước đối diện 30 mm và chiều cao 13 mm. Bu lông lắp với đai ốc M20 tiêu chuẩn DIN 934 cấp 10 trở lên, nên chọn đai ốc cùng lớp mạ kẽm để tránh ăn mòn điện hoá.

Cấp bền 10.9 nghĩa là gì?

Cấp bền 10.9 thuộc nhóm cao của bu lông thép hợp kim theo ISO 898-1, với giới hạn bền kéo danh nghĩa 1000 MPa và giới hạn chảy 900 MPa; sản phẩm thương mại thường đạt 1040 và 940 MPa. Ở M20 với tiết diện chịu lực 245 mm2, mức này tương ứng tải chảy khoảng 230 kN mỗi bu lông – tức sức nặng hơn 23 tấn.

Riêng với ren lửng, còn một con số nữa đáng quan tâm: tiết diện của đoạn thân trơn là 314 mm2, lớn hơn tiết diện chịu lực của phần ren khoảng 28 phần trăm. Khi mối ghép chịu cắt, chính con số này quyết định chứ không phải 245 mm2. Đó là lý do kỹ thuật để chọn DIN 931 thay vì DIN 933 ở những vị trí có tải ngang.

Khi dùng cấp 10.9, toàn bộ cụm phải tương xứng: đai ốc tối thiểu cấp 10, long đền đủ cứng để mặt tỳ không lún dưới áp suất tiếp xúc rất cao, và mô-men siết phải kiểm soát bằng cờ lực. Nếu một khâu yếu thì điểm hỏng chuyển sang khâu đó và lợi thế của cấp bền cao bị mất hoàn toàn.

Với bu lông cấp 10.9 mạ điện phân, cần lưu ý thêm hiện tượng giòn hydro: quá trình mạ có thể đưa hydro vào lõi thép cường độ cao. Nhà sản xuất phải khử hydro bằng cách nung ở khoảng 200 độ C ngay sau khi mạ. Đây là lý do nên chọn nguồn hàng có hồ sơ CO CQ rõ ràng thay vì hàng trôi nổi.

Phân biệt DIN 931 (ren lửng) và DIN 933 (ren suốt)

DIN 931 và DIN 933 là hai biến thể của cùng loại bu lông đầu lục giác ngoài. Ren lửng có đoạn thân trơn nguyên đường kính nên chịu cắt tốt hơn, định vị chi tiết chính xác hơn và ít bị mài mòn ren khi tháo lắp nhiều lần. Ren suốt bao phủ nhiều chiều dày kẹp bằng một mã hàng, tiện cho kho vật tư đa dụng nhưng phần ren nằm trong mặt cắt là điểm yếu khi có tải ngang.

Cách chọn nhanh khi thiết kế: vẽ mặt cắt qua cụm ghép và xác định mặt phân cách rơi vào đâu trên thân bu lông. Nếu tải chủ yếu dọc trục và chiều dày cụm hay thay đổi, bản ren suốt cùng chiều dài sẽ linh hoạt hơn. Nếu có thành phần ngang đáng kể, giữ DIN 931 và bảo đảm mặt phân cách nằm trọn trong đoạn thân trơn.

Mô-men siết và lực kẹp cho bu lông M20 mạ kẽm

Bu lông M20 cấp 10.9 mạ kẽm lắp khô, ren và mặt tỳ sạch, thường được siết trong khoảng 510–590 Nm, tạo lực kẹp trước khoảng 170–195 kN – tương đương sức nặng gần 20 tấn ép lên mặt phân cách. Con số này thấp hơn bản thép đen khoảng một phần mười ở cùng lực kẹp, vì lớp kẽm cho hệ số ma sát thấp hơn. Dùng nhầm giá trị của bản thép đen cho bu lông mạ kẽm sẽ kéo bu lông vượt giới hạn chảy.

Mức này vượt khả năng của cờ lực tay phổ thông, cần cờ lực loại lớn hoặc bộ nhân lực đã hiệu chuẩn trong dải 400–750 Nm. Khi số lượng bu lông trên một cụm lớn, nên lập sơ đồ siết chéo và ghi lại thứ tự để lần bảo trì sau lặp lại đúng quy trình. Siết sai thứ tự là nguyên nhân phổ biến làm hở gioăng dù mô-men từng con đều đạt.

Với bản mạ kẽm còn một biến số riêng: nếu tháo ra siết lại nhiều lần, lớp kẽm trên ren bị mài mỏng và hệ số ma sát thay đổi, nên giá trị mô-men lần sau không còn tương ứng với lực kẹp như lần đầu. Ngoài ra đoạn ren chỉ dài 46 mm nên nếu chiều dày cụm chọn sai, đai ốc có thể chạm vào chân đoạn thân trơn và dừng lại trước khi ép đủ. Khi đó cờ lực sẽ báo mô-men tăng vọt dù mối ghép chưa hề có lực kẹp – một trong những sai lầm nguy hiểm nhất vì nó tạo cảm giác đã siết chặt.

Bề mặt mạ kẽm: khả năng chống gỉ và giới hạn sử dụng

Lớp mạ kẽm điện phân dày khoảng 8 đến 12 micromet, phủ thêm lớp thụ động cho màu trắng xanh hoặc cầu vồng. Kẽm bảo vệ thép theo cơ chế hy sinh: khi có vết xước nhỏ tới lõi, kẽm xung quanh ăn mòn trước và giữ cho thép chưa bị gỉ. Đây là khác biệt căn bản so với bản thép đen vốn chỉ có màng dầu tạm thời.

Tuy vậy lớp mạ điện phân mỏng nên có giới hạn rõ ràng. Sản phẩm phù hợp với môi trường trong nhà, nhà xưởng hở mái, ngoài trời có mái che hoặc kết cấu được sơn phủ bổ sung. Với vị trí phơi mưa nắng trực tiếp quanh năm, gần biển, trong môi trường hoá chất hay nước thải, nên chuyển sang bu lông mạ kẽm nhúng nóng có lớp phủ dày hơn nhiều lần, hoặc dùng inox 304 và 316.

Riêng với ren lửng, đoạn thân trơn nằm khít trong lỗ nên khe hở giữa bu lông và thành lỗ rất nhỏ. Lớp kẽm trên đoạn này che kín khe hở và giảm đáng kể nguy cơ gỉ tiếp xúc so với bản thép đen – một lợi thế thực tế khi sau này cần tháo ra bảo trì. Ngoài ra không nên bắt bu lông mạ kẽm trực tiếp lên chi tiết inox hoặc đồng trong môi trường ẩm, vì cặp kim loại khác nhau tạo pin điện hoá khiến lớp kẽm tiêu hao rất nhanh.

Chiều dày kẹp phù hợp của cỡ 70 mm

Với ren lửng, chiều dày kẹp bị chặn hai đầu. Cận dưới là 24 mm – đúng bằng chiều dài đoạn thân trơn, vì nếu cụm mỏng hơn thì đai ốc sẽ chạy lên phần thân trơn và không thể siết. Cận trên là 46 mm, tính bằng cách trừ khỏi 70 mm chiều cao đai ốc M20 khoảng 16 mm, long đền phẳng khoảng 3 mm và phần ren nhô ra tối thiểu hai bước ren. Dải làm việc thực tế vì thế chỉ rộng khoảng 22 mm.

Hãy đo tổng chiều dày cụm cộng bề dày long đền và đối chiếu với dải 24-46 mm trước khi đặt hàng. Nếu số đo rơi ra ngoài, chọn chiều dài kế cận thay vì cố lắp – một mối ghép ren lửng sai chiều dài không bao giờ đạt lực kẹp thiết kế.

Ứng dụng: mối ghép hai tấm dày chịu tải hỗn hợp

Cỡ M20x70 DIN 931 với chiều dày kẹp 24–46 mm phục vụ các mối ghép hai tấm dày vừa phải nhưng có thành phần tải ngang rõ rệt: nối dầm với bản mã, mặt bích trục có mô-men xoắn, gối đỡ chịu lực đẩy ngang và các cụm bắt bích chịu rung.

Ở nhóm này, đoạn thân trơn chỉ dài 24 mm nên dư địa bố trí rất hẹp. Chiều dày cụm phải nằm sát mép dưới của dải khuyến nghị, nếu không mặt phân cách sẽ rơi vào phần ren và mất hết lợi thế chịu cắt. Hãy đo chiều dày thực tế rồi mới chọn, đừng lấy theo bản vẽ khi cụm có tấm đệm hoặc lớp căn chỉnh.

Nếu phép đo cho thấy chiều dày cụm nhỏ hơn 24 mm, cỡ này không dùng được: đai ốc sẽ chạy lên phần thân trơn và không siết được. Khi đó phải chọn chiều dài ngắn hơn, hoặc gia công thêm tấm đệm để nâng chiều dày cụm lên trong dải cho phép.

Chọn đai ốc, long đền và dụng cụ đồng bộ

Bu lông cấp 10.9 phải đi cùng đai ốc tối thiểu cấp 10 theo DIN 934 hoặc ISO 4032, và nên cùng lớp mạ kẽm để tránh ăn mòn điện hoá giữa hai chi tiết. Long đền phẳng nên chọn loại cứng theo DIN 125, hoặc bản dày DIN 7349 khi mặt tỳ là thép mềm, gang hay nhôm – ở lực kẹp 170–195 kN, áp suất tiếp xúc dưới đầu bu lông rất cao và mặt vật liệu mềm sẽ lún.

Về dụng cụ, cần khẩu tuýp 30 sáu cạnh loại dày dùng cho đầu vuông 1/2 inch trở lên, tay nối chịu mô-men trên 700 Nm, và cờ lực hoặc bộ nhân lực đã hiệu chuẩn trong dải 400–750 Nm. Nếu mối ghép chịu rung mạnh, có thể bổ sung keo khoá ren cường độ trung bình hoặc long đền khoá kiểu nêm; lưu ý keo làm thay đổi ma sát nên phải điều chỉnh mô-men theo hướng dẫn của nhà sản xuất keo.

Hướng dẫn lắp đặt và bảo quản

Trước khi lắp, kiểm tra ren và đoạn thân trơn còn nguyên, lớp mạ không bong tróc, không móp, không xước sâu, không dính ba via hay hạt mài. Làm sạch lỗ bắt và mặt tỳ, loại bỏ sơn dày hoặc gỉ bám vì lớp này sẽ lún dần sau vài giờ vận hành và làm mất lực kẹp. Luồn bu lông bằng tay, vặn đai ốc bằng tay tới khi chạm mặt để chắc chắn ren ăn đúng và đai ốc chưa chạm chân thân trơn, sau đó mới dùng dụng cụ.

Siết theo trình tự chéo đối xứng, chia ba bước tăng dần: khoảng 30 phần trăm, 70 phần trăm rồi tới 510–590 Nm. Với cụm có gioăng, nên siết lại một lượt sau khi thiết bị chạy ổn định vài giờ để bù phần gioăng lún. Không tái sử dụng bu lông cấp 10.9 đã siết tới giới hạn ở mối ghép quan trọng. Bảo quản nơi khô ráo, tránh để nước đọng làm lớp thụ động xuống cấp, kê cao khỏi nền.

Câu hỏi thường gặp

Bu lông M20 dùng khẩu số mấy? Đầu lục giác có kích thước đối diện s = 30 mm, nên dùng khẩu tuýp 30 loại sáu cạnh thành dày, đầu vuông 1/2 inch trở lên, không dùng khẩu mỏng.

Đoạn ren của cỡ 70 mm dài bao nhiêu? Theo DIN 931 và ISO 4014, chiều dài ren với M20 là 46 mm ở nhóm chiều dài này, tức khoảng 18 vòng ren; phần thân trơn còn lại dài 24 mm.

Chiều dày cụm bao nhiêu thì hợp với cỡ 70 mm? Khoảng 24-46 mm khi dùng đai ốc kèm một long đền phẳng. Mỏng hơn 24 mm thì đai ốc chạy lên thân trơn và không siết được.

Siết bao nhiêu là đủ? Khoảng 510–590 Nm khi ren và mặt tỳ khô sạch. Thấp hơn bản thép đen khoảng một phần mười vì lớp kẽm giảm ma sát. Nếu bôi trơn thêm, giảm tiếp 15–25 phần trăm.

Mạ kẽm điện phân dùng ngoài trời được không? Chỉ nên dùng nơi có mái che. Lớp mạ dày 8–12 micromet không đủ cho vị trí phơi mưa nắng quanh năm hoặc gần biển; khi đó nên chọn mạ kẽm nhúng nóng hoặc inox 304, 316.

Bu lông mạ kẽm cấp 10.9 có bị giòn hydro không? Có nguy cơ nếu không khử hydro sau khi mạ. Hàng đạt chuẩn được nung khử hydro ở khoảng 200 độ C ngay sau mạ, nên cần chọn nguồn có đầy đủ CO CQ.

Lời kết

Bu lông lục giác thép mạ kẽm 10.9 M20x70 DIN 931 ren lửng phục vụ mối ghép hai tấm dày chịu tải hỗn hợp, với chiều dày kẹp 24–46 mm. Điều kiện quyết định là mặt phân cách phải nằm trọn trong đoạn thân trơn dài 24 mm, và dụng cụ siết phải đủ tầm cho mức 510–590 Nm. Liên hệ Ánh Dương để được tư vấn chọn cỡ hoặc chuyển sang mạ kẽm nhúng nóng nếu vị trí lắp phơi mưa nắng trực tiếp.

Sản phẩm liên quan

• Bu lông M20x75 DIN 931 mạ kẽm ren lửng – cỡ dài hơn kế tiếp
• Toàn bộ dòng bu lông lục giác mạ kẽm 10.9 – xem các cỡ khác
• Bu lông M20x70 DIN 931 thép đen 10.9 – dùng nơi khô ráo