Gliederung des Standards
Diese Norm legt die mechanischen Eigenschaften und Prüfverfahren für selbstbohrende Gewindeschrauben fest. Nachfolgend finden Sie eine strukturierte Übersicht, die Sie durch die wichtigsten Abschnitte führt:
- Technische Anforderungen: Umfasst Werkstoffe, metallurgische Eigenschaften und mechanische Leistungskriterien.
- Testmethoden: Detaillierte Verfahren für metallurgische und mechanische Prüfungen.
- Drehmomentschlüssel-SpezifikationenAnforderungen an Werkzeuge, die bei Drehmomentprüfungen verwendet werden.
- Häufig gestellte FragenHäufig gestellte Fragen und professionelle Einblicke.
Technische Anforderungen
Die Norm legt präzise Anforderungen an selbstbohrende Gewindeschrauben fest, um die Zuverlässigkeit bei Befestigungsanwendungen zu gewährleisten. Diese Schrauben sind für das Bohren und Gewindeschneiden in einem Arbeitsgang konzipiert und werden häufig im Bauwesen, in der Automobilindustrie und im Maschinenbau eingesetzt.
Materialien
Selbstbohrende Gewindeschrauben müssen aus einsatzgehärtetem oder wärmebehandeltem Stahl gefertigt sein. Diese Materialwahl gewährleistet das notwendige Gleichgewicht zwischen Duktilität im Kern und Härte an der Oberfläche, was für das Bohren durch Werkstoffe wie Stahl oder Aluminium ohne Vorbohren entscheidend ist.
Metallurgische Eigenschaften
Die metallurgischen Eigenschaften sind für die Leistungsfähigkeit der Schraube unter Belastung entscheidend. Eine sachgemäße Wärmebehandlung beugt Ausfällen wie Rissbildung oder Sprödigkeit vor.
Oberflächenhärte
Nach der Wärmebehandlung muss die Oberflächenhärte von selbstbohrenden Gewindeschrauben mindestens 530 HV 0,3 betragen. Diese hohe Oberflächenhärte ermöglicht ein effektives Bohren und Gewindeschneiden und reduziert den Verschleiß an der Schraubenspitze während der Montage.
Kernhärte
Die Kernhärte nach der Behandlung wird wie folgt spezifiziert:
- 320 HV 5 bis 400 HV 5 für Gewindegrößen ≤ ST 4.2.
- 320 HV 10 bis 400 HV 10 für Gewindegrößen > ST 4.2.
Eine empfohlene Mindestvergütungstemperatur beträgt 330 °C. Der Vergütungsbereich von 275 °C bis 315 °C sollte vermieden werden, um das Risiko einer Versprödung des angelassenen Martensits zu minimieren, die zu vorzeitigem Versagen unter Last führen könnte.
Gehäusetiefe
Die Einsatzhärtungstiefe muss den Werten in Tabelle 1 entsprechen. Diese Tiefe gewährleistet eine ausreichende gehärtete Schicht für das Bohren bei gleichzeitiger Erhaltung der Kernzähigkeit.
| Gewindegröße | Mindestens (mm) | Max (mm) |
|---|---|---|
| ST 2.9 und ST 3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST 4.2 bis ST 5.5 | 0.10 | 0.23 |
| ST 6.3 | 0.15 | 0.28 |
Mikrostruktur
Im wärmebehandelten Gefüge darf sich kein gebänderter Ferrit zwischen der oberflächengehärteten Schicht und dem Kern bilden. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Festigkeit und verhindert Schwachstellen, die zu Scherbrüchen führen könnten.
Wasserstoffversprödung
Galvanisch beschichtete selbstbohrende Gewindeschrauben sind anfällig für wasserstoffinduzierte Brüche. Hersteller und Galvanisatoren müssen Maßnahmen ergreifen, einschließlich Prüfungen gemäß GB/T 3098.17, um dieses Risiko zu minimieren. Zusätzlich sollten die Anforderungen an die Vermeidung von Wasserstoffversprödung gemäß GB/T 5267.1 für galvanisch beschichtete Verbindungselemente berücksichtigt werden, um die Langzeitbeständigkeit zu verbessern.
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften bestimmen die Leistungsfähigkeit der Schraube unter Betriebsbedingungen, einschließlich Bohren, Gewindeschneiden und Lastaufnahme.
Bohrleistung
Der Bohrteil der Schraube muss ein vorgefertigtes Loch bohren, das für das Extrudieren von passenden Innengewinden unter den in Abschnitt 4.2.1 festgelegten Prüfbedingungen geeignet ist. Dies gewährleistet eine effiziente Montage ohne zusätzliche Werkzeuge.
Gewindeformungsleistung
In dem gemäß 3.3.1 vorgebohrten Loch muss die Schraube beim Einschrauben in die Prüfplatte gemäß 4.2.1.1 ein passendes Innengewinde ohne Verformung ausbilden. Diese Eigenschaft ist für eine sichere Befestigung in dünnen Materialien unerlässlich.
Torsionsfestigkeit
Bei der Prüfung gemäß Abschnitt 4.2.3 muss die Torsionsfestigkeit sicherstellen, dass das Versagensdrehmoment den Werten in Tabelle 4 entspricht oder diese übersteigt. Eine hohe Torsionsfestigkeit verhindert ein Brechen beim Anziehen.
Testmethoden
Standardisierte Testmethoden gewährleisten die Einhaltung der Anforderungen und liefern reproduzierbare Ergebnisse für die Qualitätssicherung.
Metallurgische Leistungsprüfungen
Oberflächenhärteprüfung
Die Messung erfolgt gemäß GB/T 4340.1. Die Eindrücke sollten auf flachen Oberflächen, vorzugsweise dem Schraubenkopf, erfolgen, um die gehärtete Schicht genau zu messen.
Kernhärteprüfung
Die innere Zähigkeit ist gemäß GB/T 4340.1 an einem Querschnitt zu beurteilen.
Gehäusetiefenmessung
Die Messung erfolgt mikroskopisch an einem Längsmikroschnitt an der Flanke in der Mitte zwischen Gewindespitze und Gewindegrund bzw. am Gewindegrund bei Schrauben ≤ ST 4,2. Zur Beurteilung ist die Mikro-Vickers-Härte mit einer Prüfkraft von 300 g am Gewindeprofil zu bestimmen. Die Berechnung erfolgt ab dem Punkt, an dem die Kernhärte um 30 HV überschritten wird.
Mikrostrukturtest
Die Prüfung erfolgt gemäß den einschlägigen metallographischen Prüfnormen, um die Abwesenheit von Fehlern zu bestätigen.
Mechanische Leistungsprüfungen
Bohr- und Gewindeschneidprüfung
Prüfgeräte
Ein Beispiel für den Versuchsaufbau ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Prüfplatten bestehen aus kohlenstoffarmem Stahl (≤ 0,23% Kohlenstoffgehalt) mit einer Härte von 110 HV 30 bis 165 HV 30 gemäß GB/T 4340.1. Die Plattendicke ist in Tabelle 2 angegeben.
| Gewindegröße | Dicke der Prüfplatte (mm) | Axialkraft (N) | Maximale Einschraubzeit (s) | Schraubendrehzahl (U/min) |
|---|---|---|---|---|
| ST 2.9 | 0.7 + 0.7 = 1.4 | 150 | 3 | 1800–2500 |
| ST 3.5 | 1 + 1 = 2 | 150 | 4 | 1800–2500 |
| ST 4.2 | 1.5 + 1.5 = 3 | 250 | 5 | 1800–2500 |
| ST 4.8 | 2 + 2 = 4 | 250 | 7 | 1800–2500 |
| ST 5.5 | 2 + 3 = 5 | 350 | 11 | 1000–1800 |
| ST 6.3 | 2 + 3 = 5 | 350 | 13 | 1000–1800 |
Die Prüfplattendicke kann aus zwei Stahlplatten bestehen. Diese Werte gelten nur für die Abnahmeprüfung.
Testverfahren
Schrauben Sie die beschichtete oder unbeschichtete Probe in die Prüfplatte, bis ein vollständiges Gewinde durchgeschraubt ist. Wenden Sie während des gesamten Bohr- und Gewindeschneidens die in Tabelle 2 angegebenen axialen Kräfte und Drehzahlen an.
Bohrinspektion
Gemäß Vereinbarung ist die Bohrlochprüfung mit Prüfplatten gemäß Abschnitt 4.2.1.1 und der in Tabelle 3 angegebenen Dicke durchzuführen. Ein Positionierungspunkt ist vorzubohren. Nach dem Durchbohren darf der maximale Lochdurchmesser die in Tabelle 3 festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten.
| Gewindegröße | Plattendicke (mm) | Mindestlochdurchmesser (mm) | Maximaler Lochdurchmesser (mm) |
|---|---|---|---|
| ST 2.9 | 1 | 2.2 | 2.5 |
| ST 3.5 | 1 | 2.7 | 3 |
| ST 4.2 | 2 | 3.2 | 3.6 |
| ST 4.8 | 2 | 3.7 | 4.2 |
| ST 5.5 | 2 | 4.2 | 4.8 |
| ST 6.3 | 2 | 4.8 | 5.4 |
Die Vorrichtung in Abbildung 2 ergänzt Abbildung 1. Der Innendurchmesser der Hülse ist ca. 0,25 mm größer als der Außendurchmesser des Gewindes. Die Hülsenlänge ermöglicht die Verlängerung der Bohrspitze. Die axialen Kräfte gemäß Tabelle 2 dienen als Montagehinweise; eine Überschreitung kann zu Bruch oder Überhitzung führen.
Drehmomentprüfung
Spannen Sie die Schraube in ein passendes Gewindeschneidwerkzeug oder eine entsprechende Vorrichtung ein, ohne den eingespannten Bereich zu beschädigen. Die Einrichtung ist in Abbildung 3 dargestellt. Nach dem Einspannen müssen mindestens zwei vollständige Gewindegänge herausragen und mindestens zwei vollständige Gewindegänge (ohne Bohrspitze) gesichert sein. Bei kurzen Schrauben spannen Sie das gesamte Gewinde ohne Druck auf den Schraubenkopf ein.
Das Drehmoment wird mithilfe eines kalibrierten Geräts bis zum Bruch aufgebracht. Die Schraube muss die in Tabelle 4 angegebenen Mindestdrehmomente für den Bruch erfüllen.
| Gewindegröße | Minimales Versagensdrehmoment (Nm) |
|---|---|
| ST 2.9 | 1.5 |
| ST 3.5 | 2.8 |
| ST 4.2 | 4.7 |
| ST 4.8 | 6.9 |
| ST 5.5 | 10.4 |
| ST 6.3 | 16.9 |
Drehmomentschlüssel
Drehmomentschlüssel für Prüfungen müssen einen Messfehler von ±31 TP3T des angegebenen Drehmomentwerts aufweisen. Alternativ können elektrische Messgeräte mit gleichwertiger Genauigkeit und Drehmomentanzeige verwendet werden. Für Schiedsprüfungen sind manuelle Drehmomentschlüssel einzusetzen, um Präzision und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen
- Welche Werkstoffe werden gemäß dieser Norm für selbstbohrende Gewindeschrauben empfohlen?
Einsatzgehärteter Stahl oder wärmebehandelter Stahl, der die erforderliche Oberflächenhärte zum Bohren und die Kernduktilität für die Festigkeit bietet. - Wie wird die Wasserstoffversprödung bei galvanisierten Schrauben behandelt?
Durch Maßnahmen wie das Nachbacken nach dem Beschichten und die Prüfung nach GB/T 3098.17 sowie durch Überlegungen aus GB/T 5267.1 zur Minimierung des Bruchrisikos. - Welche Bedeutung hat es, den Anlassbereich von 275–315°C zu vermeiden?
In diesem Bereich kann es zu einer Versprödung des angelassenen Martensits kommen, was zu Sprödbruch führt; Anlassen bei ≥330°C gewährleistet eine bessere Zähigkeit. - Wie sollte die Kernhärte bei unterschiedlichen Schraubengrößen geprüft werden?
Für eine genaue Bestimmung der inneren Eigenschaften verwenden Sie HV 5 für ≤ ST 4.2 und HV 10 für > ST 4.2 an Querschnitten gemäß GB/T 4340.1. - Welche axialen Kräfte werden bei Bohrversuchen angewendet und warum?
Die Kräfte reichen von 150 N bis 350 N pro Gewindegröße (Tabelle 2), um die Installationsbedingungen zu simulieren und eine Überlastung zu vermeiden, die die Bohrspitze beschädigen könnte. - Warum sind Torsionsfestigkeitsprüfungen so wichtig?
Es wird überprüft, ob die Schraube den Anzugsmomenten standhält, ohne zu brechen, wodurch die Zuverlässigkeit bei Anwendungen mit hohen Anzugsmomenten gemäß Tabelle 4 gewährleistet wird.
