GB/T 3098.1-2010 Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften: Schrauben, Bolzen, Gewindebolzen

Einführung in den Standard GB/T 3098.1-2010

Artikelübersicht

Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Norm GB/T 3098.1-2010 mit Schwerpunkt auf den mechanischen Eigenschaften von Schrauben, Bolzen und Gewindebolzen aus Kohlenstoff- und legierten Stählen. Die Struktur ist wie folgt:

Einführung in den Standard
Kennzeichnungssystem und Materialien
Mechanische und physikalische Eigenschaften
Anwendungsrichtlinien und Testanwendbarkeit
Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Einführung in den Standard

GB/T 3098.1-2010 legt die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Schrauben, Bolzen und Gewindebolzen aus Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl fest, geprüft bei Umgebungstemperaturen zwischen 10 °C und 35 °C. Diese Norm gilt für Verbindungselemente mit Nenngewindedurchmessern von 1,6 mm bis 39 mm und gewährleistet eine gleichbleibende Leistungsfähigkeit für Anwendungen im Bauwesen, in der Automobilindustrie und im Maschinenbau.

Es definiert Eigenschaftsklassen anhand von Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Härte und anderen Kennzahlen und fördert so Qualitätskontrolle und Sicherheit. In Übereinstimmung mit ISO 898-1:2009 gewährleistet es internationale Kompatibilität und erfüllt gleichzeitig spezifische Anforderungen chinesischer Fertigungsstandards.

Anwendungsbereich: Umfasst Verbindungselemente aus Kohlenstoff- und legiertem Stahl unter Standardbedingungen.
Wichtigste Neuerungen: Verbesserte Spezifikationen für hochfeste Klassen und Prüfmethoden.
Bedeutung: Gewährleistet, dass die Verbindungselemente die Anforderungen an Tragfähigkeit und Haltbarkeit im Maschinenbau erfüllen.

Kennzeichnungssystem und Materialien

Das Kennzeichnungssystem für Materialeigenschaften verwendet zwei durch einen Punkt getrennte Zahlen, wobei die linke Zahl die nominelle Zugfestigkeit (R) angibt._M) in MPa geteilt durch 100, und die rechte Seite stellt das mit 10 multiplizierte Streckgrenzenverhältnis dar. Zum Beispiel bedeutet „8,8“ eine Zugfestigkeit von 800 MPa und ein Streckgrenzenverhältnis von 0,8.

Um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen, müssen die Werkstoffe bestimmte Grenzwerte für die chemische Zusammensetzung und Anforderungen an die Wärmebehandlung erfüllen. Gängige Kohlenstoffstähle sind solche mit Zusätzen von Elementen wie Bor, Mangan oder Chrom, wobei Mindestvergütungstemperaturen vorgeschrieben sind, um die Härtbarkeit zu gewährleisten.

Tabelle 1: Streckgrenzenverhältnisse
Ziffer nach dem Dezimalpunkt	.6	.8	.9
Verhältnis	0.6	0.8	0.9

Befestigungselemente mit reduzierter Tragfähigkeit, deren Eigenschaften einer Festigkeitsklasse von 8,8 entsprechen, sind mit „08.8“ zu kennzeichnen.

Tabelle 2: Werkstoffe und Grenzwerte für die chemische Zusammensetzung
Immobilienklasse	Werkstoff- und Wärmebehandlung	Grenzwerte der chemischen Zusammensetzung (% Pfannenanalyse)					Anlasstemperatur min (°C)
		C		P max	S Max	B max
		min	max
4.6	Kohlenstoffstahl oder Kohlenstoffstahl mit Zusätzen	—	0.55	0.05	0.06	Nicht angegeben	—
4.8		—	0.55	0.05	0.06
5.6		0.13	0.55	0.05	0.06
5.8		—	0.55	0.05	0.06
6.8		0.15	0.55	0.05	0.06
8.8	Kohlenstoffstahl mit Zusätzen (z. B. B, Mn, Cr), vergütet	0.15	0.4	0.025	0.025	0.003	425
	Kohlenstoffstahl, vergütet	0.25	0.55	0.025	0.025
	Legierter Stahl, vergütet	0.2	0.55	0.025	0.025
9.8	Kohlenstoffstahl mit Zusätzen, vergütet	0.15	0.4	0.025	0.025	0.003	425
	Kohlenstoffstahl, vergütet	0.25	0.55	0.025	0.025
	Legierter Stahl, vergütet	0.2	0.55	0.025	0.025
10.9	Kohlenstoffstahl mit Zusätzen, vergütet	0.20	0.55	0.025	0.025	0.003	425
	Kohlenstoffstahl, vergütet	0.25	0.55	0.025	0.025
	Legierter Stahl, vergütet	0.2	0.55	0.025	0.025
12.9	Legierter Stahl, vergütet	0.3	0.5	0.025	0.025	0.003	425
12.9	Kohlenstoffstahl mit Zusätzen, vergütet	0.28	0.5	0.025	0.025	0.003	380

Anmerkungen:

Im Streitfall findet eine Produktanalyse statt.
Bor bis zu 0,005%, kontrolliert durch Titan und/oder Aluminium für nicht wirksames Bor.
Bei den Festigkeitsklassen 4.6 und 5.6 kann eine Wärmebehandlung von kaltgeformten Verbindungselementen erforderlich sein, um die Duktilität zu gewährleisten.
Für bestimmte Klassen sind Automatenstähle mit max. S 0,34%, P 0,11% und Pb 0,35% zulässig.
Bei Borstählen mit C < 0,25% beträgt der minimale Mn-Gehalt 0,6% für 8,8, 0,7% für 9,8 und 10,9.
Die Werkstoffe müssen vor dem Anlassen für höhere Festigkeitsklassen 90%-Martensit im Kern gewährleisten.
Legierte Stähle enthalten mindestens eines der folgenden Elemente: Cr 0,30%, Ni 0,30%, Mo 0,20%, V 0,10%.
Keine weiße Phosphidschicht auf Oberflächen der Klasse 12.9; vor der Wärmebehandlung entfernen.
Bei Verwendung der Klasse 12.9 ist Vorsicht geboten, da die Gefahr von Spannungsrisskorrosion besteht.

Diese Spezifikationen dienen als Grundlage für die Materialauswahl und gewährleisten, dass die Verbindungselemente die erforderliche Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Versagensmechanismen wie Wasserstoffversprödung erreichen.

Mechanische und physikalische Eigenschaften

Verbindungselemente müssen bei Umgebungstemperatur bestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen, darunter Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Härte und Schlagzähigkeit. Prüfmethoden zur Überprüfung der Konformität werden beschrieben.

Tabelle 3: Mechanische und physikalische Eigenschaften von Bolzen, Schrauben und Gewindebolzen
NEIN.	Mechanische oder physikalische Eigenschaften		Immobilienklasse
			4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	8.8		9,8 (d≤16 mm)	10.9	12.9
			4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	d≤16 mm	d>16 mm	9,8 (d≤16 mm)	10.9	12.9
1	Zugfestigkeit R_M (MPa)	nom	400	400	500	500	600	800	800	900	1000	1200
1	Zugfestigkeit R_M (MPa)	min	400	420	500	520	600	800	830	900	1040	1220
2	Niedrigere Streckgrenze R_eL (MPa)	nom	240	—	300	—	—	—	—	—	—	—
2	Niedrigere Streckgrenze R_eL (MPa)	min	240	—	300	—	—	—	—	—	—	—
3	Spannung bei 0,2% nichtproportionaler Dehnung R_p0,2 (MPa)	nom	—	—	—	—	—	640	640	720	900	1080
3	Spannung bei 0,2% nichtproportionaler Dehnung R_p0,2 (MPa)	min	—	—	—	—	—	640	660	720	940	1100
4	Spannung bei nichtproportionaler Dehnung von 0,0048d für ein Befestigungselement in voller Größe R_pf (MPa)	nom	—	320	—	400	480	—	—	—	—	—
4		min	—	340	—	420	480	—	—	—	—	—
5	Prüfspannung S_P (MPa)	nom	225	310	280	380	440	580	600	650	830	970
5	Dehnspannungsverhältnis	0.94	0.91	0.93	0.9	0.92	0.91	0.91	0.9	0.88	0.88
6	Dehnung nach Bruch für bearbeitete Prüfkörper A (%)	min	22	—	20	—	—	12	12	10	9	8
7	Querschnittsverringerung nach Bruch bei bearbeiteten Prüfkörpern Z (%)	min	—					52	52	48	48	44
18	Oberflächendiskontinuitäten		GB/T 5779.1									GB/T 5779.3

Anmerkungen:

Werte nicht für strukturelle Verschraubungen.
Für strukturelle Verschraubungen d ≥ M12.
Nennwerte dienen lediglich der Kennzeichnung.
R_p0,2 kann gemessen werden, wenn R_eL Kann nicht ermittelt werden.
R_pf Die Minimalwerte für 4,8, 5,8 und 6,8 werden derzeit untersucht.
Prüflasten in den Tabellen 5 und 7.
Die Härte am Ende kann bei bestimmten Klassen geringer sein.
Es gelten Grenzwerte für die Oberflächenhärte; bei einigen darf die Härte über dem Kern 30 HV nicht überschreiten.
Schlagprüfung bei -20 °C für d ≥ 16 mm.
GB/T 5779.3 kann durch Vereinbarung ersetzt werden.

Diese Eigenschaften gewährleisten, dass die Verbindungselemente unter den vorgegebenen Belastungen funktionieren; Prüfungen wie Zug- und Härtetests bestätigen die Qualität. Bei Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen ist der Einfluss der Größe auf die Tragfähigkeit zu berücksichtigen.

Anwendungsrichtlinien und Testanwendbarkeit

Die Norm beschreibt Prüfverfahren zur Verifizierung, die für Befestigungselemente in Originalgröße oder bearbeitete Proben anwendbar sind. Umgebungsfaktoren, Anzugsmoment und Oberflächenbehandlungen sind zu berücksichtigen, um Ausfälle wie Entkohlung oder Versprödung zu vermeiden.

Verwenden Sie für die Lastanforderungen geeignete Klassen; z. B. 10.9 für Umgebungen mit hoher Beanspruchung.
Zugfestigkeitsprüfungen, Prüflastprüfungen, Härteprüfungen und Schlagprüfungen sind je nach Größe und Klasse durchzuführen.
Für feuerverzinkte Verbindungselemente siehe GB/T 5267.3.
Sicherstellen, dass die Kennzeichnung Rückverfolgbarkeit und Konformität gewährleistet.
Vorsicht bei Klasse 12.9 unter korrosiven Bedingungen.

Diese Richtlinien erleichtern die Auswahl und Prüfung von Verbindungselementen und verbessern so die Zuverlässigkeit mechanischer Baugruppen.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was bedeutet die Kennzeichnung der Eigenschaftsklasse, beispielsweise „8.8“?

Es weist eine nominelle Zugfestigkeit von 800 MPa und ein Streckgrenzenverhältnis von 0,8 aus und gewährleistet so eine standardisierte Leistungsidentifizierung für die Auswahl in technischen Konstruktionen.

Wie beeinflussen Materialzusammensetzungen die Leistungsfähigkeit von Verbindungselementen?

Zusammensetzungen mit zusätzlichen Elementen wie Bor verbessern die Härtbarkeit und ermöglichen höhere Festigkeitsklassen, während gleichzeitig P und S begrenzt werden, um Sprödigkeit zu vermeiden, gemäß den Grenzwerten in Tabelle 2.

Wann sollten Wirkungstests durchgeführt werden?

Für d ≥ 16 mm und Klassen, die min 27 J bei -20 °C erfordern, um die Zähigkeit bei Tieftemperaturanwendungen zu beurteilen und sprödes Versagen zu vermeiden.

Welche Auswirkungen hat die Entkohlung auf Gewinde?

Dadurch wird die Festigkeit verringert; die Norm legt eine maximale vollständige Entkohlungstiefe von 0,015 mm und eine minimale Höhe der nicht entkohlten Bereiche fest, um die Tragfähigkeit zu erhalten.

Inwiefern stimmt der Standard mit ISO 898-1 überein?

Es handelt sich um eine modifizierte Version der ISO 898-1:2009 mit ähnlichen Eigenschaftsklassen, die jedoch an den chinesischen Kontext angepasst wurde, um die globale Interoperabilität von Verbindungselementspezifikationen zu gewährleisten.

Welche Prüfverfahren sind für Befestigungselemente in voller Größe anwendbar?

Zug-, Prüflast- und Keilzugversuche bestätigen die Leistungsfähigkeit unter realen Bedingungen, insbesondere bei Größen, bei denen bearbeitete Proben das tatsächliche Verhalten möglicherweise nicht widerspiegeln.