Kette aus legiertem Stahl der Güteklasse 100: Festigkeit, Spezifikationen und Sicherheit

Kette aus legiertem Stahl der Güteklasse 100 bietet das höchste Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aller standardisierten Hängehebeketten mit einer Arbeitslastgrenze von ca 25 % höher als eine Kette der Güteklasse 80 mit dem gleichen Durchmesser . Diese Leistung ist auf eine präzise kontrollierte Abschreck- und Anlasswärmebehandlung zurückzuführen, die eine feinkörnige martensitische Mikrostruktur mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.000 MPa (145.000 psi) erzeugt. Für Hebeingenieure und Montageleiter ist die praktische Konsequenz klar: Eine 13-mm-Kette der Güteklasse 100 ersetzt legal eine 16-mm-Kette der Güteklasse 80 in einer Anschlagmittelanordnung und reduziert das Gewicht der Anschlagmittel um etwa 35 % bei gleichbleibender Tragfähigkeit.

Metallurgische Gründung und Wärmebehandlung

Die Bezeichnung „Grade 100“ bezieht sich auf die minimale Zugfestigkeit der Kette von 1.000 N/mm² (100 kg/mm², daher die Nomenklatur „Grade 100“). Das Grundmaterial ist ein borbehandelter legierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, typischerweise ein modifizierter 23MnNiMoCr54 oder eine gleichwertige DIN 17115-konforme Sorte. Bor in Konzentrationen von 0,0008 % bis 0,003 % Erhöht die Härtbarkeit erheblich, ohne dass ein hoher Nickel- oder Molybdängehalt zu Kosteneinbußen führt, sodass die Kette bei Durchmessern von bis zu 45 mm vollständig durchgehärtet werden kann.

Der entscheidende Fertigungsablauf beginnt mit dem Elektrowiderstands-Stumpfschweißen der Verbindung nach dem Formen. Der Schweißgrat wird heiß getrimmt und die gesamte Kettenlänge gelangt in einen kontinuierlich gehaltenen Austenitisierungsofen 880 °C bis 920 °C (1616 °F bis 1688 °F) . Das Abschrecken erfolgt sofort in einer Wasser-Polymer-Lösung, die die Kette schnell genug abkühlt, um die Ferrit-Perlit-Nase im Diagramm der kontinuierlichen Abkühlungsumwandlung zu vermeiden. Temperieren bei 400 °C bis 500 °C (752 °F bis 932 °F) baut Eigenspannungen ab und tauscht einen kleinen Bruchteil der Zugfestigkeit gegen Schlagzähigkeit ein, was einen Endhärtebereich von 30 bis 38 HRC ergibt. Die resultierende Mikrostruktur muss bei Betrachtung mit 500-facher Vergrößerung eine vollständig angelassene Martensitmatrix aufweisen, die frei von Karbidnetzwerken an den Korngrenzen oder einer Entkohlung ist, die tiefer als 0,15 mm von der Oberfläche entfernt ist.

Arbeitslastgrenzen und Designfaktoranforderungen

Kette der Güteklasse 100 wird international durch die Norm EN 818-2 und in Nordamerika durch ASTM A973/A973M und die Schlingennorm ASME B30.9 geregelt. Alle drei Kodizes schreiben vor: a Designfaktor 4:1 über die Mindestbruchfestigkeit von einsträngigen Anschlagketten im allgemeinen Hebebetrieb. Das bedeutet, dass die zulässige Arbeitsbelastung (WLL) genau ein Viertel der nachgewiesenen Mindestbruchkraft beträgt. Der Designfaktor und die Arbeitslastgrenzen skalieren vorhersehbar über den Standarddurchmesserbereich von 8 mm bis 32 mm.

Der Designfaktor von 4:1 gilt nur für neue Kette in unbeschädigtem Zustand. Wenn eine Anschlagkette der Güteklasse 100 in einer Choker-Kupplungskonfiguration verwendet wird, muss die Tragfähigkeit um reduziert werden 20 % bis 25 % weil der enge Biegeradius an der Drosselstelle kombinierte Biege- und Zugspannungen mit sich bringt, die sich an der Verbindungskrone konzentrieren. Ebenso verringert eine Korbkupplung mit Beinwinkeln von mehr als 60 Grad zur Vertikalen die Kapazität, da die horizontale Kraftkomponente die Spannung in jedem Bein erhöht. Der eingeschlossene Winkel zwischen den Hebegurtbeinen sollte niemals 120 Grad überschreiten; Bei 120 Grad trägt jedes Bein 100 % des Lastgewichts, wodurch sich der Zugbedarf im Vergleich zu einem vertikalen Heben effektiv verdoppelt.

Unterscheidung der 100. Klasse von den niedrigeren Klassen

Ketten der Güteklasse 100 müssen visuell und dauerhaft erkennbar sein, um einen unbeabsichtigten Austausch einer Kette mit geringerer Kapazität durch eine Hubvorrichtung mit Nennleistung zu verhindern. Jedes Glied der Güteklasse 100 trägt ein eingestanztes Herstellerkennzeichen und die Ziffer „10“ oder „100“ In regelmäßigen Abständen in den Gliedkörper eingeprägt, normalerweise jedes Glied oder jedes zweite Glied bei kleineren Durchmessern. Im Vergleich dazu trägt die Kette der Güteklasse 80 die Kennzeichnung „8“ oder „80“ und hat eine Mindestzugfestigkeit von 800 N/mm². Durch Ersetzen der Klasse 100 durch Klasse 80 in einem für die höhere Klasse konzipierten Hebegurt wird die sichere Arbeitslast um 20 % reduziert, ein Spielraum, der von einer einzelnen dynamischen Schnapplast vollständig aufgebraucht werden kann.

Die physischen Abmessungen von Gliedern der Güteklasse 100 unterscheiden sich von denen der Güteklasse 80 in der Teilung und der Gliederdicke, sodass ein Verbinder oder Greifhaken der Güteklasse 80 nicht richtig auf eine Kette der Güteklasse 100 mit demselben Nenndurchmesser passt. Das Glied der Güteklasse 100 hat eine etwas kürzere Teilung und einen dickeren Querschnitt am Scheitel und am Lauf, wodurch sich das Gewicht der Kette pro Längeneinheit um ca. erhöht 8 % bis 12 % im Vergleich zu Güteklasse 80 mit demselben Durchmesser . Diese Dimensionsinkompatibilität ist ein absichtliches Sicherheitsmerkmal; Wenn ein Aufhängeglied der Güteklasse 80 auf eine Kette der Güteklasse 100 aufgezwungen würde, würde die nicht übereinstimmende Geometrie zu einem Spannungsanstieg bei Punktkontakt führen, der einen Ermüdungsriss auslösen könnte.

Sling-Montage und Komponentenkompatibilität

Eine Anschlagkette der Güteklasse 100 ist nur so stark wie ihre schwächste Komponente. Das Aufhängeglied, die Zwischenverbinder, die Verkürzungskupplungen und die Haken müssen alle die gleiche Güteklasse 100 und den gleichen Designfaktor von 4:1 aufweisen. Durch die Kombination einer Kette der Güteklasse 100 mit Beschlägen der Güteklasse 80 wird die gesamte Baugruppe auf die Arbeitslastgrenze der Güteklasse 80 herabgesetzt. Die häufigste Fehlanpassung tritt bei Verkürzungskupplungen auf, bei denen eine Greiferkupplung, die für eine Kette der Güteklasse 80 ausgelegt ist, versehentlich auf eine Kette der Güteklasse 100 aufgeschraubt wird, weil der Bediener davon ausgeht, dass sie kompatibel ist. Die falsche Kupplung hält das Glied unter statischer Belastung ausreichend fest, dies ist jedoch der Fall Schlupf unter Stoßbelastung bei etwa 60 % bis 75 % der Nennkapazität der Kette , da das Kupplungsbackenprofil nicht zum Scheitelradius des Verbindungsglieds passt.

Aufhängeglieder und Kupplungen vom Gabelkopftyp für Anwendungen der Güteklasse 100 werden typischerweise aus einem Chrom-Molybdän-legierten Stahl geschmiedet und wärmebehandelt, um den mechanischen Eigenschaften der Kette zu entsprechen. Der Verbindungsstift wird durch einen Splint, eine Innensechskantschraube mit einem Nylon-Sicherungselement oder eine permanente Hammerkupplung gehalten. Der Hammerlock, der aus zwei ineinandergreifenden Schmiedehälften besteht, die mit einem Hammer zusammengetrieben werden, sorgt für eine dauerhafte Verbindung, die nicht unbeabsichtigt demontiert werden kann und ist Standard für einsträngige und zweisträngige Anschlagmittel bis 32 mm Kettendurchmesser.

Überlegungen zum Ermüdungsverhalten und zur Lebensdauer

Ketten der Güteklasse 100 weisen eine endliche Ermüdungslebensdauer auf, die vom Spannungsbereich pro Zyklus und nicht von der endgültigen Zugfestigkeit abhängt. Tests nach DIN 685-5 belegen, dass eine ordnungsgemäß hergestellte Kette der Güteklasse 100 dem standhält 20.000 Lastwechsel bei 1,5-facher Tragfähigkeit ohne Gliederbruch . Bei dieser Dauerfestigkeit wird allerdings davon ausgegangen, dass die Kette axial geradlinig ohne Biegekomponenten belastet wird. Biegeermüdung am Sattel einer Seilscheibe oder um eine scharfe Ecke reduziert die Anzahl der Zyklen bis zum Ausfall drastisch. Eine Kette der Güteklasse 100, die über einen Durchmesser von weniger als dem Dreifachen der Kettengliedteilung gebogen wird, versagt aufgrund von Ermüdung bereits bei einem Bruchteil der veröffentlichten Dauerfestigkeit, da die kombinierte Biegespannung an der Innenseite der Glieder bei jedem Zyklus die Streckgrenze des Materials überschreitet.

Korrosionslochfraß ist der Hauptbeschleuniger für die Ermüdung beim Offshore- und Schiffshebewesen. Durch die Einwirkung von Salzwasser entstehen mikroskopisch kleine Vertiefungen auf der Verbindungsoberfläche, die als Spannungskonzentrationen wirken und Ermüdungsrisse auslösen. Eine Kette der Güteklasse 100 mit sichtbaren Roststellen, tiefer als 0,2 mm müssen sofort außer Betrieb genommen werden , unabhängig davon, wie gering der mechanische Verschleiß ist. Es sind verzinkte und feuerverzinkte Ketten der Güteklasse 100 erhältlich, es bestehen jedoch Bedenken hinsichtlich der Wasserstoffversprödung. Durch den sauren Reinigungsschritt im Galvanisierungsprozess kann Wasserstoff in die martensitische Mikrostruktur eingebracht werden. Ein Wasserstoff-Ausheizen nach dem Galvanisieren bei 200 °C (392 °F) für mindestens vier Stunden ist zwingend erforderlich, um eingeschlossenen Wasserstoff zu diffundieren und einen verzögerten Sprödbruch zu verhindern.

Regelmäßige Inspektionsprotokolle und Ablehnungskriterien

Regulatorische Normen wie OSHA 1910.184 und die europäische Maschinenrichtlinie verlangen eine dokumentierte Inspektion von Anschlagketten der Güteklasse 100 durch eine kompetente Person in Abständen von höchstens 12 Monaten, wobei der Benutzer vor jeder Schicht häufigere Sichtprüfungen durchführt. Die fachkundige Inspektion prüft jedes Glied auf die folgenden Ablehnungskriterien, von denen jedes eine dauerhafte Außerbetriebnahme der Kette erfordert:

• Der Gelenkverschleiß ist an jeder Stelle der Lagerfläche größer 10 % des ursprünglichen Nenndurchmessers . Bei einer 13-mm-Kette bedeutet dies einen Austausch, wenn der verschlissene Querschnitt weniger als 11,7 mm beträgt.
• Die Verlängerung jedes einzelnen Gliedes überschreitet 5 % der ursprünglichen Tonhöhe . Ein Glied, das ursprünglich eine Innenteilung von 39 mm hatte, darf 41 mm nicht überschreiten.
• Jeder Riss, jede Kerbe, jede Furche oder jeder Schnitt, egal wie flach er ist. Kettenglieder sind kerbempfindlich; Es wird angenommen, dass eine sichtbare Oberflächendiskontinuität mit einer Rissfront unter der Oberfläche verbunden ist.
• Hitzeschäden, erkennbar an blauer Verfärbung, Schweißspritzern oder Feuereinwirkung. Die Anlasstemperatur der Kette der Güteklasse 100 beträgt 400 °C bis 500 °C; Jede Belastung über diesem Schwellenwert glüht den Martensit aus und verringert dauerhaft die Festigkeit der Kette.
• Korrosionsnarben wie oben erwähnt oder jede Kette, die ohne gründliche Spülung und Inspektion mit Süßwasser in Meerwasser getaucht wurde.
• Verformung, Verdrehung oder Biegung eines Glieds aus der Ebene um mehr als 10 Grad . Eine verdrehte Verbindung kann sich nicht richtig durch den Gegenstecker bewegen und erzeugt eine exzentrische Belastung.

Die zerstörungsfreie Prüfung mittels Magnetpulverprüfung (MPI) ist im Rahmen der jährlichen Inspektion erforderlich und wird an jedem Glied durchgeführt, nachdem die Kette metallisch gereinigt wurde. Das MPI-Joch muss in zwei senkrechten Richtungen ausgerichtet sein, um Risse zu erkennen, die parallel und quer zur Verbindungsachse verlaufen. Die Farbeindringprüfung ist zwar vor Ort einfacher durchzuführen, stellt aber keinen Ersatz dar, da sie nur Oberflächenfehler erkennt und Risse unter der Oberfläche übersieht, deren Durchbruch möglicherweise Mikrometer groß sein kann.

Lagerung, Handhabung und Umweltschutz

Ketten der Güteklasse 100 sollten auf einem Gestell gelagert werden, das den Kontakt mit Betonböden und Bodenfeuchtigkeit verhindert. Alkalisches Betonsickerwasser erzeugt in Kombination mit Kondensation eine lokale Korrosionszelle, die die Kette an den Kontaktpunkten beschädigt. Ketten, die länger als sechs Monate gelagert werden, sollten mit einem flüchtigen Korrosionsinhibitoröl (VCI) beschichtet oder in VCI-imprägniertes Papier eingeschlossen werden. Vor der Wiederinbetriebnahme muss die Schutzschicht vollständig entfernt werden, da bereits ein leichter Ölfilm die Reibung zwischen der Kette und einem Lastspanner oder Greifhaken verringern kann und möglicherweise dazu führt, dass die Last bei Vibrationen kriecht.

Es gelten Temperaturgrenzen. Die Kette der Güteklasse 100 behält ihre volle Arbeitslastgrenze bis zu 200 °C (392 °F) . Zwischen 200°C und 300°C muss die Tragfähigkeit auf reduziert werden 90 % der Nennkapazität . Zwischen 300°C und 400°C steigert sich die Reduktion auf 75 % . Ab 400°C gelangt die Kette in den Anlassbereich und beginnt dauerhaft zu erweichen. Eine Kette, die über 400 °C in Betrieb war, muss dauerhaft außer Betrieb genommen werden, es sei denn, sie wird erneut wärmebehandelt und vom Originalhersteller erneut zertifiziert, ein Prozess, der für Kettendurchmesser unter 20 mm wirtschaftlich fast nie gerechtfertigt ist.