GB/T 3098.2-2015 legt die mechanischen Eigenschaften von Grobgewindemuttern aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl für allgemeine technische Anwendungen fest. Diese Norm orientiert sich eng an internationalen Normen wie ISO 898-2 und gewährleistet so die Kompatibilität in Verbindung mit anderen Verbindungselementen. Sie umfasst die Leistungsklassen 4 bis 12 und konzentriert sich dabei auf Prüflast, chemische Zusammensetzung, Härte und Kompatibilität mit Schrauben, Bolzen oder Gewindebolzen. Im Folgenden werden die wichtigsten Aspekte anhand von Daten aus der Norm detailliert beschrieben.
Prüflastwerte für Muttern mit Grobgewinde
Die Prüflast stellt die maximale Belastung dar, die eine Mutter ohne bleibende Verformung aushält, also im Wesentlichen die minimale Zugfestigkeit, die sie aushalten muss. Die Einheit ist Newton (N). Die folgende Tabelle enthält Prüflastwerte für verschiedene Gewindegrößen und Festigkeitsklassen.
| Faden | Tonhöhe | Klasse 04 (N) | Klasse 05 (N) | Klasse 5 (N) | Klasse 6 (N) | Klasse 8 (N) | Klasse 10 (N) | Klasse 12 (N) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| M5 | 0.8 | 5400 | 7100 | 8250 | 9500 | 12140 | 14800 | 16300 |
| M6 | 1 | 7640 | 10000 | 11700 | 13500 | 17200 | 20900 | 23100 |
| M7 | 1 | 11000 | 14500 | 16800 | 19400 | 24700 | 30100 | 33200 |
| M8 | 1.25 | 13900 | 18300 | 21600 | 24900 | 31800 | 38100 | 42500 |
| M10 | 1.5 | 22000 | 29000 | 34200 | 39400 | 50500 | 60300 | 67300 |
| M12 | 1.75 | 32000 | 42200 | 51400 | 59000 | 74200 | 88500 | 100300 |
| M14 | 2 | 43700 | 57500 | 70200 | 80500 | 101200 | 120800 | 136900 |
| M16 | 2 | 59700 | 78500 | 95800 | 109900 | 138200 | 164900 | 186800 |
| M18 | 2.5 | 73000 | 96000 | 121000 | 138200 | 176600 | 203500 | 230400 |
| M20 | 2.5 | 93100 | 122500 | 154400 | 176400 | 225400 | 259700 | 294000 |
| M22 | 2.5 | 115100 | 151500 | 190900 | 218200 | 278800 | 321200 | 363600 |
| M24 | 3 | 134100 | 176500 | 222400 | 254200 | 324800 | 374200 | 423600 |
| M27 | 3 | 174400 | 229500 | 289200 | 330500 | 422300 | 486500 | 550800 |
| M30 | 3.5 | 213200 | 280500 | 353400 | 403900 | 516100 | 594700 | 673200 |
| M33 | 3.5 | 263700 | 347000 | 437200 | 499700 | 638500 | 735600 | 832800 |
| M36 | 4 | 310500 | 408500 | 514700 | 588200 | 751600 | 866000 | 980400 |
| M39 | 4 | 370900 | 488000 | 614900 | 702700 | 897900 | 1035000 | 1171000 |
Diese Werte sind entscheidend für die Auswahl von Muttern in Anwendungen, bei denen die Tragfähigkeit von größter Bedeutung ist, wie beispielsweise in Konstruktionen oder Maschinen.
Anforderungen an die chemische Zusammensetzung
Die Norm legt chemische Grenzwerte für Muttern aus Kohlenstoffstahl fest, um eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung und optimale Leistung zu gewährleisten. Die Höchstwerte für Kohlenstoff (C), Phosphor (P) und Schwefel (S) sowie der Mindestgehalt an Mangan (Mn) sind nachfolgend aufgeführt. Zu den Wärmebehandlungsarten gehören das optionale Härten und Anlassen für niedrigere Stahlsorten und das obligatorische Anlassen für höhere Stahlsorten.
| Leistungsnote | Material | Wärmebehandlung | C (%) max | Mn (%) min | P (%) max | S (%) max | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 | Kohlenstoffstahl | Optional | 0.58 | 0.25 | 0.060 | 0.150 | |
| 5 | Kohlenstoffstahl | Abgeschreckt und angelassen | 0.58 | 0.30 | 0.048 | 0.058 | |
| 5 | Kohlenstoffstahl | Optional | 0.58 | – | 0.060 | 0.150 | |
| 6 | Kohlenstoffstahl | Optional | 0.58 | – | 0.060 | 0.150 | |
| 8 | Hoher Mutternkopf (Ausführung 2) | Optional | 0.58 | 0.25 | 0.060 | 0.150 | |
| 8 | Standardmutter (Ausführung 1) D ≤ M16 | Optional | 0.58 | 0.25 | 0.060 | 0.150 | |
| 8 | Standardmutter (Ausführung 1) D > M16 | Abgeschreckt und angelassen | 0.58 | 0.30 | 0.048 | 0.058 | |
| 10 | Kohlenstoffstahl | Abgeschreckt und angelassen | 0.58 | 0.30 | 0.048 | 0.058 | |
| 12 | Kohlenstoffstahl | Abgeschreckt und angelassen | 0.58 | 0.45 | 0.048 | 0.058 | |
Hinweis: Bei Werkstoffen, die ein Härten und Anlassen erfordern, müssen die Werkstoffe vor dem Anlassen eine ausreichende Härtbarkeit aufweisen, um im Gewindebereich eine Martensitstruktur von etwa 90% zu erreichen. Die Bewertung der chemischen Zusammensetzung sollte gemäß den einschlägigen Normen erfolgen.
Härteanforderungen
Die Härte wird in Vickers (HV), Brinell (HB) und Rockwell C (HRC) gemessen, wobei die Bereiche je nach Mutterngröße und Güteklasse variieren. Diese Werte gewährleisten die Verformungsbeständigkeit der Mutter unter Last.
| Gewindegröße | Klasse 04 | Klasse 05 | Klasse 5 | Klasse 6 | Klasse 8 | 10. Klasse | 12. Klasse | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Skala | Min | Max | Min | Max | Min | Max | Min | Max | Min | Max | Min | Max | Min | Max | |
| M5 ≤ D ≤ M16 | Hochspannung | 188 | 302 | 272 | 353 | 130 | 302 | 150 | 302 | 200 | 302 | 272 | 353 | 295 | 353 |
| M16 < D ≤ M39 | Hochspannung | 188 | 302 | 272 | 353 | 146 | 302 | 170 | 302 | 233 | 353 | 272 | 353 | 272 | 353 |
| M5 ≤ D ≤ M16 | HB | 179 | 287 | 259 | 336 | 124 | 287 | 143 | 287 | 190 | 287 | 259 | 336 | 280 | 336 |
| M16 < D ≤ M39 | HB | 179 | 287 | 259 | 336 | 139 | 287 | 162 | 287 | 221 | 336 | 259 | 336 | 259 | 336 |
| M5 ≤ D ≤ M16 | HRC | – | 30 | 26 | 36 | – | 30 | – | 30 | – | 30 | 26 | 36 | 29 | 36 |
| M16 < D ≤ M39 | HRC | – | 30 | 26 | 36 | – | 30 | – | 30 | – | 36 | 26 | 36 | 26 | 36 |
Fußnoten: Für hohe Muttern (Ausführung 2) der Güteklasse 8 beträgt die Mindesthärte 180 HV (171 HB). Die maximale Härte für hohe Muttern der Güteklasse 8 beträgt 302 HV (287 HB, 30 HRC). Für hohe Muttern der Güteklasse 12 beträgt die Mindesthärte 272 HV (259 HB, 26 HRC).
Kompatibilität mit Bolzen, Schrauben oder Gewindebolzen
Um die Dichtheit der Verbindung zu gewährleisten, müssen die Muttern zur Festigkeitsklasse der Schrauben passen. Die folgende Tabelle zeigt Mutterntypen, Nenndurchmesser und kompatible Schraubenfestigkeitsklassen.
| Nussart | Klasse 04 | Klasse 05 | Klasse 5 | Klasse 6 | Klasse 8 | 10. Klasse | 12. Klasse |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Standard (Stil 1) | – | – | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M16x1,5 | M5 ≤ D ≤ M16 |
| Groß (Stil 2) | – | – | – | – | M16 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M16x1,5 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M16x1,5 |
| Dünn (Stil 0) | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | – | – | – | – | – |
| Zulässige Schraubenfestigkeitsklasse (Max.) | – | – | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 10.9 | 12.9 |
Durch diese Kompatibilität wird sichergestellt, dass die Mutter nicht vor der Schraube unter Spannung versagt, wodurch die Sicherheit der Montage gewährleistet wird.
Drehmomentbetrachtungen
GB/T 3098.2-2015 legt kein Versagensdrehmoment für Muttern fest, da Drehmomentwerte von Reibung, Schmierung und Montagebedingungen beeinflusst werden. Konzentrieren Sie sich stattdessen bei der Konstruktion auf die Prüflast und die Vorspannung. In der Praxis wird das auf die Muttern wirkende Drehmoment teilweise in Klemmkraft umgewandelt, oft mit einem Wirkungsgrad von etwa 20%, abhängig von Faktoren wie der Oberflächenbeschaffenheit. Als Referenz können Sie die entsprechenden Drehmomentwerte für Schrauben aus Normen wie GB/T 3098.1 heranziehen, jedoch sollten Sie diese stets durch Tests für die jeweilige Anwendung überprüfen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
- 1. Was ist die Prüflast in GB/T 3098.2-2015?
- Die Prüflast ist die axiale Zugkraft, der die Mutter ohne bleibende Verformung standhalten muss und dient als Maß für ihre Tragfähigkeit.
- 2. Wie wirkt sich die Wärmebehandlung auf die Leistung der Mutter aus?
- Für höhere Güteklassen (z. B. 8 für D > M16, 10, 12) ist ein Härten und Anlassen erforderlich, um die notwendige Härte und Festigkeit zu erreichen und vor dem Anlassen eine Martensitstruktur von mindestens 90% sicherzustellen.
- 3. Können Muttern der Güteklasse 8 mit Schrauben der Güteklasse 10.9 verwendet werden?
- Ja, Muttern der Güteklasse 8 sind mit Schrauben bis zur Güteklasse 8.8 kompatibel, aber für die Güteklasse 10.9 sollten Muttern der Güteklasse 10 verwendet werden, um die Festigkeit anzupassen und ein Versagen der Mutter zu vermeiden.
- 4. Warum sind die Grenzwerte für Phosphor und Schwefel bei höheren Qualitätsstufen strenger?
- Ein niedrigerer P- und S-Gehalt (z. B. 0,048% max für P in Güteklasse 10) verringert das Versprödungsrisiko und verbessert die Zähigkeit und Zuverlässigkeit bei Anwendungen mit hoher Beanspruchung.
- 5. Wie sollte die Härte von Nüssen geprüft werden?
- Die Härte wird typischerweise an der Auflagefläche oder am Querschnitt der Mutter mit Hilfe der HV-, HB- oder HRC-Methoden gemessen, wobei die Werte je nach Größe variieren (z. B. höhere Mindestwerte für kleinere Durchmesser bei einigen Güteklassen).
- 6. Was passiert, wenn eine Mutter die maximale Härte überschreitet?
- Übermäßige Härte kann zu Sprödigkeit führen; Muttern müssen innerhalb bestimmter Bereiche bleiben (z. B. max. 353 HV für Güteklasse 10), um ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität zu gewährleisten.
