Artikelübersicht
Dieser Artikel bietet einen strukturierten Überblick über die Norm GB/T 3098.7-2000, optimiert für Verständlichkeit und praktische Anwendung im Maschinenbau. Die Gliederung gewährleistet eine umfassende Abdeckung der wichtigsten Aspekte:
- Einleitung: Geltungsbereich und Bedeutung der Norm.
- Materialien: Chemische Zusammensetzung und Herstellungsrichtlinien.
- Mechanische und Leistungseigenschaften: Detaillierte Anforderungen einschließlich Härte, Drehmoment und mehr.
- Prüfmethoden: Verfahren zur Überprüfung der Konformität.
- Drehmomentschlüssel: Spezifikationen für Prüfgeräte.
- Kennzeichnung: Anforderungen an Identifizierung und Etikettierung.
- FAQ: Häufig gestellte Fragen und Expertenmeinungen.
Einführung in den Standard GB/T 3098.7-2000
Die Norm GB/T 3098.7-2000 legt die mechanischen Eigenschaften von selbstschneidenden Schrauben für Befestigungselemente fest. Sie gilt für Schrauben aus einsatzgehärtetem Stahl und gewährleistet Zuverlässigkeit in Anwendungen mit hohen Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit. Diese Norm ist unerlässlich für Branchen wie die Automobil-, Bau- und Maschinenbauindustrie, in denen selbstschneidende Schrauben eine sichere Befestigung ohne vorgebohrtes Gewinde ermöglichen.
Zu den wichtigsten Vorteilen zählen standardisierte Prüfungen auf Dauerfestigkeit, Bruchfestigkeit und Kompatibilität mit verschiedenen Materialien. Die Einhaltung dieses Standards minimiert Risiken wie Wasserstoffversprödung und gewährleistet eine gleichbleibende Qualität in der Produktion. Für eine optimale Nutzung sollten Ingenieure diese Spezifikationen in ihre Konstruktions- und Qualitätskontrollprozesse integrieren.
Materialien
Selbstschneidende Schrauben werden durch Kaltumformen aus einsatzgehärtetem Stahl hergestellt. Die in Tabelle 1 angegebene chemische Zusammensetzung dient lediglich als Richtlinie und ermöglicht Flexibilität bei gleichzeitiger Beibehaltung der Kerneigenschaften. Wird der Bor-Gehalt durch Zugabe von Titan und/oder Aluminium so eingestellt, dass Bor unwirksam wird, kann der Bor-Gehalt bis zu 0,0051 TP3T betragen.
Hinweise zur Materialauswahl:
- Um die gewünschte Härtbarkeit zu erreichen, muss der Stahl die zulässigen Grenzwerte für Kohlenstoff und Mangan einhalten.
- Vermeiden Sie Verunreinigungen, die die Oberflächenhärtung beeinträchtigen könnten.
- Die Zusammensetzung mittels Schöpfkelle überprüfen und Analysen zur Chargenkonsistenz durchführen.
Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung
| Analyse | Zusammensetzungsgrenzen, % | |
|---|---|---|
| Kohlenstoff | Mangan | |
| Schöpfkelle | 0.15~0.25 | 0.70~1.65 |
| Überprüfen | 0.13~0.27 | 0.64~1.71 |
Mechanische und Leistungseigenschaften
Die Norm beschreibt die mechanischen und Leistungsanforderungen; die Prüfmethoden sind in Tabelle 2 aufgeführt. Schrauben müssen einer Einsatzhärtung und einem Anlassen bei einer Mindesttemperatur von 340 °C unterzogen werden, um diese Kriterien zu erfüllen.
Tabelle 2: Artikel mit mechanischen und Leistungseigenschaften
| Eigentumsgegenstand | Technische Anforderung (Klausel oder Tabelle) | Prüfverfahren (Klausel) |
|---|---|---|
| Kernhärte | 4.3 | 5.1 |
| Oberflächenhärte | 4.3 | 5.2 |
| Gehäusetiefe | 4.4, Tabelle 4 | 5.3 |
| Torsionsfestigkeit | 4.5, Tabelle 3 | 5.4 |
| Kopfgesundheit | 4.6 | 5.5 |
| Fahrtest | 4.7, Tabelle 3 | 5.6 |
| Wasserstoffversprödung | 4.8 | 5.7 |
| Kernhärte nach dem erneuten Anlassen | 4.9 | 5.8 |
| Zugfestigkeit | 4.10, Tabelle 3 | 5.9 |
Wärmebehandlung
Fertige Schrauben erfordern eine Einsatzhärtung und Anlassung bei mindestens 340 °C, wobei alle Eigenschaften gemäß Tabelle 3 erfüllt sein müssen. Dieses Verfahren erhöht die Oberflächenhärte und erhält gleichzeitig die für die Drehmomentfestigkeit entscheidende Kernzähigkeit.
Tabelle 3: Mechanische und Leistungsanforderungen
| Nenngewindedurchmesser (mm) | Mindesttorsionsfestigkeit (N·m) | Maximales Antriebsdrehmoment (N·m) | Mindestzugfestigkeit (Referenzwert) (N) |
|---|---|---|---|
| 2 | 0.5 | 0.3 | 1940 |
| 2.5 | 1.2 | 0.6 | 3150 |
| 3 | 2.1 | 1.1 | 4680 |
| 3.5 | 3.4 | 1.7 | 6300 |
| 4 | 4.9 | 2.5 | 8170 |
| 5 | 10 | 5 | 13200 |
| 6 | 17 | 8.5 | 18700 |
| 8 | 42 | 21 | 34000 |
| 10 | 85 | 43 | 53900 |
| 12 | 150 | 75 | 78400 |
Härte
Die Kernhärte soll 290–370 HV10 betragen, die minimale Oberflächenhärte 450 HV0,3. Diese Werte gewährleisten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Duktilität und Verschleißfestigkeit, was für selbstschneidende Anwendungen unerlässlich ist.
Gehäusetiefe
Die Einsatzhärtungstiefe muss der Tabelle 4 entsprechen, um eine ausreichende gehärtete Schicht für Drehmoment- und Verschleißfestigkeit ohne übermäßige Sprödigkeit zu gewährleisten.
Tabelle 4: Einsatztiefe
| Nenngewindedurchmesser (mm) | Gehäusetiefe (mm) | |
|---|---|---|
| Min | Max | |
| 2, 2.5 | 0.04 | 0.12 |
| 3, 3.5 | 0.05 | 0.18 |
| 4, 5 | 0.1 | 0.25 |
| 6, 8 | 0.15 | 0.28 |
| 10, 12 | 0.15 | 0.32 |
Torsionsfestigkeit
Torsionsfestigkeit gemäß Tabelle 3; Versagen darf nicht an den eingespannten Gewinden auftreten. Dieser Test simuliert reale Belastungen bei der Montage.
Kopfgesundheit
Keine Risse an der Kopf-Schaft-Verbindung, wenn die Auflagefläche um einen Winkel von 7° verformt wird. Der Test gilt auch dann als bestanden, wenn der Bruch beim ersten Gewindegang auftritt, sofern der Kopf intakt bleibt.
Gewindebildungsfähigkeit
Schrauben müssen passgenaue Innengewinde ohne bleibende Verformung ausbilden, wobei das Anzugsmoment die in Tabelle 3 festgelegten Werte nicht überschreiten darf. Die Gewinde müssen Außengewinde der Toleranzklasse GB/T 197 6h aufnehmen und Belastungen der Güteklasse 8 gemäß GB/T 3098.2 standhalten.
Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung
Galvanisch beschichtete Schrauben erfordern eine Prozessprüfung gemäß GB/T 3098.17 zur Vermeidung von Wasserstoffversprödung. Nach der Beschichtung ist eine Wasserstoffaustreibung gemäß GB/T 5267 durchzuführen. Nicht-elektrolytische Zinklamellenbeschichtungen gemäß ISO 10683 werden empfohlen.
Kernhärte nach dem erneuten Anlassen
Der Härteabfall nach dem Nachhärten darf 20 HV nicht überschreiten, um die Stabilität im Betrieb zu gewährleisten.
Zugfestigkeit
Bei Schrauben ≥12 mm oder ≥3d Zugversuch nach Vereinbarung; Referenzwerte in Tabelle 3 geben die zu erwartende Leistung an.
Testmethoden
Kernhärteprüfung
Messen Sie gemäß GB/T 4340.1 am halben Radius des Querschnitts, vom Ende entfernt, durch den kleinen Durchmesser. Dies dient der Überprüfung der inneren Zähigkeit.
Oberflächenhärteprüfung
Routineprüfung: Am Ende, Schaft oder Kopf gemäß GB/T 4340.1 nach Entfernung der Beschichtung. Schiedsgerichtsbarkeit: Vickers-Mikrohärte HV0,1 an Profilen mit ≥ 4 mm Durchmesser, ≥ 0,05 mm von der Kante; bei < 4 mm ist eine Vereinbarung zu treffen.
Härtetiefenprüfung
Abstand von der Oberfläche bis zum Punkt, an dem die Härte = Kern + 30 HV0,3 beträgt; die Schiedsgerichtsbarkeit verwendet die HV0,3-Mikrohärte an einer präparierten metallographischen Probe.
Torsionsfestigkeitsprüfung
Die Probe wird mit mindestens zwei vollständigen Gewindegängen in der Vorrichtung eingespannt, wobei mindestens zwei Gewindegänge freiliegen. Das Drehmoment wird bis zum Versagen aufgebracht und der Wert gemäß Tabelle 3 aufgezeichnet.
Kopfgesundheitstest
In einen Keil mit einem Lochdurchmesser von nominal +0,05 mm (≤M6) bzw. +0,1 mm (>M6–M12) einsetzen; axiale Last bis zu einer Verformung von 7° aufbringen. Nicht für Senkköpfe geeignet. Bei Bedarf mit dem Hammer nachhelfen.
Fahrtest
In die Prüfplatte (niedriggekohlter Stahl, 140–180 HV30, Dicke = Nenndurchmesser, Bohrung gemäß Tabelle 5) eintreiben, bis mindestens ein Gewindegang herausragt. Anfangskraft ≤ 50 N (≤ M5) bzw. ≤ 100 N (> M5); Drehzahl ≤ 30 U/min für die Schiedsgerichtsbarkeit. Bei Bedarf Schmiermittel hinzufügen.
Tabelle 5: Dicke der Prüfplatte und Lochdurchmesser
| Nenngewindedurchmesser (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dicke (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
| Lochdurchmesser (mm) | Max | 1.825 | 2.275 | 2.775 | 3.18 | 3.68 | 4.53 | 5.43 | 7.336 | 9.236 | 11.143 |
| Min | 1.8 | 2.25 | 2.75 | 3.15 | 3.65 | 4.5 | 5.4 | 7.3 | 9.2 | 11.1 | |
Hinweis: Toleranz der Prüfblechdicke gemäß GB/T 709 für gewalzte Stahlbleche.
Wasserstoffversprödungstest
Gemäß GB/T 3098.17 wird die Parallelunterstützungsmethode zur Beurteilung der Prozesssteuerung verwendet.
Nachtemperierungstest
Bei 330 °C für 1 Stunde; der Mittelwert der drei Kernhärtepunkte unterscheidet sich vor und nach der Prüfung um ≤20 HV. Nur für Schiedsverfahren.
Zugversuch
Klemme mit mindestens 6 freiliegenden Gewindegängen; axiale Belastung ≤ 25 mm/min bis zum Bruch. Bruch im Schaft oder Gewinde, nicht an der Kopfverbindung; selbstzentrierende Spannbacken erforderlich.
Drehmomentschlüssel
Bei Torsions- und Antriebsprüfungen darf der Fehler ≤±3% des vorgegebenen Drehmoments nicht überschreiten. Gleichwertige Geräte sind zulässig; im Zweifelsfall wird ein Handbuch herangezogen. Die Kalibrierung gewährleistet eine präzise Beurteilung der Schraubenleistung unter Last.
Markierung
Markierungscode
Einsatzgehärtete und vergütete selbstschneidende Schrauben mit der Kennzeichnung „-O-“.
Identifikation
Für Sechskant- oder Hexolobulärköpfe mit einem Nenndurchmesser von ≥ 5 mm ist eine vertiefte oder erhabene Markierung erforderlich, vorzugsweise auf dem Kopf. Andere Typen nach Vereinbarung.
Herstellerkennzeichen
Für alle gekennzeichneten Produkte obligatorisch, um Rückverfolgbarkeit und Qualitätssicherung zu gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen
- Welchen Zweck hat die Einsatzhärtung bei selbstschneidenden Schrauben?
Durch die Einsatzhärtung wird eine harte Oberfläche für die Gewindeformung und Verschleißfestigkeit geschaffen, während der Kern duktil bleibt, um ein sprödes Versagen unter Drehmoment oder Zug zu verhindern, wie in den Abschnitten 4.2 und 4.3 beschrieben. - Wie lässt sich die Wasserstoffversprödung bei galvanisierten Schrauben verringern?
Implementieren Sie Prozesskontrollen gemäß GB/T 3098.17, führen Sie eine Wasserstoffaustreibung nach der Galvanisierung gemäß GB/T 5267 durch und ziehen Sie nicht-elektrolytische Beschichtungen wie Zinklamellen gemäß ISO 10683 in Betracht, um das Risiko zu reduzieren. - Was passiert, wenn eine Schraube im Einspannbereich den Torsionsfestigkeitstest nicht besteht?
Ein Versagen der eingespannten Gewindegänge führt zur Ungültigkeit des Tests; stellen Sie sicher, dass die Vorrichtung ordnungsgemäß ist und mindestens zwei vollständige Gewindegänge eingespannt und freiliegen, wie in Abschnitt 5.4 beschrieben, um die Materialfestigkeit genau beurteilen zu können. - Sind Zugversuche für alle selbstschneidenden Schrauben obligatorisch?
Nein, nur für Längen ≥12 mm oder ≥3d nach Vereinbarung zwischen Lieferant und Käufer; die Werte in Tabelle 3 sind Referenzwerte, wobei Torsions- und Antriebseigenschaften als primäre Messgrößen im Vordergrund stehen. - Wie beeinflusst die Gehäusetiefe die Schraubenleistung?
Unzureichende Tiefe kann zu vorzeitigem Verschleiß oder Versagen bei der Gewindeformung führen, während übermäßige Tiefe die Sprödigkeit erhöht; halten Sie sich an die Grenzwerte in Tabelle 4 für ausgewogene Eigenschaften bei Anwendungen wie Stahlbaugruppen. - Welche Ausrüstung wird für Schiedsverfahren empfohlen?
Um unvoreingenommene und präzise Ergebnisse zu gewährleisten, sollten für Torsions- und Antriebstests manuelle Drehmomentschlüssel mit einer Genauigkeit von ±3% und für die Bestimmung der Oberflächen- und Einsatzhärtetiefe Vickers-Mikrohärte verwendet werden.
