Introducción
Este artículo detalla las normas de rendimiento mecánico para tornillos autorroscantes, según lo establecido en la norma GB/T 3098.11-2002. Estas normas garantizan la fiabilidad y funcionalidad de los tornillos autorroscantes en aplicaciones de fijación, abarcando materiales, propiedades metalúrgicas y rendimiento mecánico. Los tornillos autorroscantes están diseñados para perforar su propio orificio y formar roscas sin necesidad de perforación previa, lo que los hace esenciales en los sectores de la construcción, la automoción y la fabricación.
Requisitos técnicos
1.1 Materiales
Los tornillos autorroscantes deberán fabricarse con acero carburizado o acero tratado térmicamente para proporcionar la dureza y durabilidad necesarias para las operaciones de taladrado y roscado.
1.2 Propiedades metalúrgicas
1.2.1 Dureza superficial
Tras el tratamiento térmico, la dureza superficial de los tornillos autorroscantes deberá ser de al menos 530 HV0.3.
1.2.2 Dureza del núcleo
La dureza del núcleo después del tratamiento será:
- De 320 HV5 a 400 HV5 para tamaños de rosca ≤ ST4.2;
- De 320 HV10 a 400 HV10 para tamaños de rosca > ST4.2.
La temperatura mínima de revenido recomendada es de 330 °C. Deben evitarse las temperaturas de revenido entre 275 °C y 315 °C para minimizar el riesgo de fragilización de la martensita revenida.
1.2.3 Profundidad de la capa carburizada
El espesor de la capa carburizada deberá ajustarse a los valores de la Tabla 1.
| Tamaño de la rosca | Mínimo | Máximo |
|---|---|---|
| ST2.9 y ST3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST4.2 a ST5.5 | 0.10 | 0.23 |
| ST6.3 | 0.15 | 0.28 |
1.2.4 Microestructura
En la microestructura posterior al tratamiento térmico, no deberá aparecer ferrita bandeada entre la capa superficial endurecida y el núcleo.
1.2.5 Fragilización por hidrógeno
Los tornillos autorroscantes electrochapados presentan riesgo de fractura por fragilización por hidrógeno. El fabricante o el proveedor del recubrimiento deberán adoptar medidas, incluyendo ensayos según la norma GB/T 3098.17, para controlar este riesgo. Asimismo, deberán considerarse los requisitos para la eliminación de la fragilización por hidrógeno en elementos de fijación electrochapados, según la norma GB/T 5267.1.
1.3 Propiedades mecánicas
1.3.1 Rendimiento de la perforación
La parte perforadora del tornillo deberá perforar un orificio prefabricado adecuado para extruir roscas internas de acoplamiento bajo las condiciones de prueba especificadas en la sección 2.2.1.
1.3.2 Rendimiento de la formación de roscas
En el orificio prefabricado perforado según la sección 2.2.1, el tornillo autorroscante deberá extruir roscas internas coincidentes sin deformación al atornillarse en la placa de prueba especificada en la sección 2.2.1.1.
1.3.3 Resistencia a la torsión
Cuando se pruebe según la sección 2.2.3, la resistencia a la torsión deberá asegurar que el par de rotura sea igual o superior a los valores de la Tabla 4.
Métodos de prueba
2.1 Ensayos de propiedades metalúrgicas
2.1.1 Ensayo de dureza superficial
Las pruebas de dureza superficial se realizarán según la norma GB/T 4340.1. Las indentaciones deberán realizarse en superficies planas, preferiblemente en la cabeza del tornillo.
2.1.2 Prueba de dureza del núcleo
Las pruebas de dureza del núcleo se realizarán según la norma GB/T 4340.1 en una microsección transversal.
2.1.3 Medición de la profundidad de la capa carburizada
La profundidad de la capa carburizada se medirá con un microscopio en una microsección longitudinal en el flanco, a medio camino entre la cresta y la raíz, o en la raíz para tornillos ≤ ST4.2. Para la arbitraje, utilice la dureza micro-Vickers con una fuerza de prueba de 300 g en el perfil de la rosca, calculando la profundidad desde el punto que supere la dureza del núcleo en 30 HV.
2.1.4 Ensayo de microestructura
Los ensayos de microestructura deberán ajustarse a las normas de inspección metalográfica pertinentes.
2.2 Ensayos de propiedades mecánicas
2.2.1 Prueba de perforación y roscado
2.2.1.1 Aparatos de ensayo
La placa de ensayo deberá estar fabricada de acero de bajo contenido de carbono con un contenido de carbono ≤ 0,23% y una dureza de 110 HV30 a 165 HV30 (según GB/T 4340.1). El espesor de la placa deberá cumplir con la Tabla 2. El aparato de ensayo se muestra en la Figura 1 (no se muestra aquí; consulte la norma para ver el diagrama).
| Tamaño de la rosca | Espesor de la placa de prueba (mm) | Fuerza axial (N) | Tiempo máximo de atornillado (s) | Velocidad del tornillo bajo carga (r/min) |
|---|---|---|---|---|
| ST2.9 | 0.7 + 0.7 = 1.4 | 150 | 3 | 1800–2500 |
| ST3.5 | 1 + 1 = 2 | 150 | 4 | 1800–2500 |
| ST4.2 | 1.5 + 1.5 = 3 | 250 | 5 | 1800–2500 |
| ST4.8 | 2 + 2 = 4 | 250 | 7 | 1800–2500 |
| ST5.5 | 2 + 3 = 5 | 350 | 11 | 1000–1800 |
| ST6.3 | 2 + 3 = 5 | 350 | 13 | 1000–1800 |
Nota: El espesor de la placa de prueba puede constar de dos placas de acero. Estos valores son solo para la inspección de aceptación.
2.2.1.2 Procedimiento de prueba
Enrosque el tornillo, recubierto o sin recubrimiento (según la aplicación), en la placa de prueba hasta que pase una rosca completa. La fuerza axial y la velocidad del tornillo que se indican en la Tabla 2 se aplican tanto al taladrado como al roscado.
2.2.2 Inspección de perforación
Previa aprobación, se podrá realizar una inspección de perforación. Placa de prueba según 2.2.1.1, espesor según Tabla 3. Preperforar un punto de posicionamiento. Tras la perforación, el tamaño máximo del orificio no deberá exceder los límites de la Tabla 3. El dispositivo de la Figura 2 (no mostrado; consultar la norma) complementa la Figura 1, con un diámetro interior del manguito aproximadamente 0,25 mm mayor que el diámetro mayor de la rosca. La longitud del manguito permite la extensión de la punta de la broca. Las fuerzas axiales de la Tabla 2 guían la instalación; si se exceden, pueden provocar la fractura de la punta de la broca o el sobrecalentamiento.
| Tamaño de la rosca | Espesor de la placa | Diámetro mínimo del orificio | Diámetro máximo del orificio |
|---|---|---|---|
| ST2.9 | 1 | 2.2 | 2.5 |
| ST3.5 | 1 | 2.7 | 3 |
| ST4.2 | 2 | 3.2 | 3.6 |
| ST4.8 | 2 | 3.7 | 4.2 |
| ST5.5 | 2 | 4.2 | 4.8 |
| ST6.3 | 2 | 4.8 | 5.4 |
2.2.3 Prueba de par
Sujete el tornillo con una terraja o dispositivo de roscado compatible sin dañar la parte sujeta. El aparato se muestra en la Figura 3 (no se muestra; consulte la norma). Tras la sujeción, al menos dos roscas completas sobresalen del dispositivo y al menos dos roscas completas (excluyendo la punta de la broca) quedan firmemente sujetas. Para tornillos cortos, sujete toda la rosca sin aplicar fuerza a la cabeza. Aplique el par de apriete con un dispositivo calibrado hasta la fractura. El tornillo deberá cumplir con el par de apriete de rotura de la Tabla 4 (unidades: N·m).
| Tamaño de la rosca | Mínimo |
|---|---|
| ST2.9 | 1.5 |
| ST3.5 | 2.8 |
| ST4.2 | 4.7 |
| ST4.8 | 6.9 |
| ST5.5 | 10.4 |
| ST6.3 | 16.9 |
Para las pruebas de par, el error de medición de la llave dinamométrica debe estar dentro de ±3% del valor especificado. Se puede utilizar un dispositivo eléctrico con precisión equivalente. Para arbitraje, utilice una llave dinamométrica manual.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué materiales se requieren para los tornillos autorroscantes según la norma GB/T 3098.11-2002?
- Deben estar fabricados de acero carburizado o acero tratado térmicamente para lograr la dureza y el rendimiento especificados.
- ¿Cómo se controla la fragilización por hidrógeno en los tornillos galvanizados?
- Los fabricantes y las empresas de galvanoplastia deben implementar medidas, incluidas pruebas según la norma GB/T 3098.17 y la consideración de la norma GB/T 5267.1 para la eliminación de hidrógeno, para prevenir riesgos de fractura.
- ¿Cuál es la dureza superficial mínima para estos tornillos?
- La dureza superficial debe ser de al menos 530 HV0.3 después del tratamiento térmico.
- ¿Por qué evitar ciertas temperaturas de templado?
- El revenido entre 275 °C y 315 °C aumenta el riesgo de fragilización de la martensita revenida; se recomienda un mínimo de 330 °C.
- ¿Cuáles son los requisitos de resistencia a la torsión para los tornillos ST4.8?
- El par de apriete mínimo para el fallo es de 6,9 N·m cuando se prueba según el método especificado.
- ¿Cómo se mide la profundidad de la capa carburizada para el arbitraje?
- Utilice la dureza micro-Vickers con una fuerza de 300 g sobre el perfil de la rosca, comenzando desde el punto donde la dureza supera la del núcleo en 30 HV.
