Esquema del artículo
Este artículo ofrece una visión general estructurada de la norma GB/T 3098.7-2000, optimizada para mayor claridad y aplicación práctica en ingeniería mecánica. El esquema garantiza una cobertura integral de los aspectos clave:
- Introducción: Alcance y significado de la norma.
- Materiales: Composición química y directrices de fabricación.
- Propiedades mecánicas y de rendimiento: Requisitos detallados que incluyen dureza, par de torsión y más.
- Métodos de ensayo: Procedimientos para verificar el cumplimiento.
- Llaves dinamométricas: Especificaciones para equipos de prueba.
- Marcado: Requisitos de identificación y etiquetado.
- Preguntas frecuentes: Preguntas comunes y opiniones de expertos.
Introducción a la norma GB/T 3098.7-2000
La norma GB/T 3098.7-2000 especifica las propiedades mecánicas de los tornillos autorroscantes utilizados en elementos de fijación. Se aplica a tornillos fabricados con acero cementado, lo que garantiza su fiabilidad en aplicaciones que requieren un alto rendimiento bajo tensión mecánica. Esta norma es fundamental para sectores como el automotriz, la construcción y la maquinaria, donde los tornillos autorroscantes proporcionan una fijación segura sin necesidad de roscas preperforadas.
Entre sus principales ventajas se incluyen las pruebas estandarizadas de durabilidad, resistencia a fallos y compatibilidad con diversos materiales. El cumplimiento de esta norma minimiza riesgos como la fragilización por hidrógeno y garantiza una calidad constante en la producción. Para un uso óptimo, los ingenieros deben integrar estas especificaciones en los procesos de diseño y control de calidad.
Materiales
Los tornillos autorroscantes se fabricarán mediante conformado en frío a partir de acero cementado. La composición química que se muestra en la Tabla 1 es solo orientativa, lo que permite flexibilidad sin comprometer las propiedades del núcleo. Si se controla el contenido de boro añadiendo titanio y/o aluminio para neutralizarlo, este puede alcanzar hasta 0,005%.
Orientación sobre la selección de materiales:
- Asegúrese de que el acero cumpla con los límites de carbono y manganeso para lograr la templabilidad deseada.
- Evite las impurezas que puedan comprometer el endurecimiento superficial.
- Verifique la composición mediante un cucharón y compruebe los análisis para asegurar la consistencia del lote.
Tabla 1: Composición química
| Análisis | Límites de composición, % | |
|---|---|---|
| Carbón | Manganeso | |
| Cucharón | 0.15~0.25 | 0.70~1.65 |
| Controlar | 0.13~0.27 | 0.64~1.71 |
Propiedades mecánicas y de rendimiento
La norma describe los requisitos mecánicos y de rendimiento, con los métodos de ensayo referenciados en la Tabla 2. Los tornillos deben someterse a un tratamiento de cementación y revenido a una temperatura mínima de 340 °C para cumplir con estos criterios.
Tabla 2: Elementos con propiedades mecánicas y de rendimiento
| Artículo de propiedad | Requisito técnico (cláusula o tabla) | Método de prueba (Cláusula) |
|---|---|---|
| Dureza del núcleo | 4.3 | 5.1 |
| Dureza superficial | 4.3 | 5.2 |
| Profundidad del caso | 4.4, Tabla 4 | 5.3 |
| Resistencia torsional | 4.5, Tabla 3 | 5.4 |
| Solidez de la cabeza | 4.6 | 5.5 |
| Prueba de manejo | 4.7, Tabla 3 | 5.6 |
| Fragilización por hidrógeno | 4.8 | 5.7 |
| Dureza del núcleo después del retemplado | 4.9 | 5.8 |
| Resistencia a la tracción | 4.10, Tabla 3 | 5.9 |
Tratamiento térmico
Los tornillos acabados requieren cementación y revenido a una temperatura no inferior a 340 °C, cumpliendo con todas las propiedades indicadas en la Tabla 3. Este proceso mejora la dureza superficial a la vez que mantiene la tenacidad del núcleo, fundamental para la resistencia al par de torsión.
Tabla 3: Requisitos mecánicos y de rendimiento
| Diámetro nominal de la rosca (mm) | Resistencia torsional mínima (N·m) | Par motor máximo (N·m) | Resistencia mínima a la tracción (referencia) (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 |
Dureza
La dureza del núcleo debe ser de 290 a 370 HV10, con una dureza superficial mínima de 450 HV0.3. Estos valores garantizan un equilibrio entre la ductilidad y la resistencia al desgaste, fundamental para las aplicaciones de autorroscado.
Profundidad del caso
La profundidad de la capa endurecida debe cumplir con la Tabla 4, proporcionando una capa endurecida suficiente para el rendimiento de torsión y desgaste sin una fragilidad excesiva.
Tabla 4: Profundidad del caso
| Diámetro nominal de la rosca (mm) | Profundidad de la carcasa (mm) | |
|---|---|---|
| Mínimo | Máximo | |
| 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 |
Resistencia torsional
Resistencia a la torsión según la Tabla 3; no debe producirse fallo en las roscas sujetas. Esta prueba simula las tensiones de instalación reales.
Solidez de la cabeza
No se observan grietas en la unión cabeza-vástago cuando la superficie de apoyo se deforma a un ángulo de 7°. La prueba es válida incluso si la falla ocurre en la primera rosca, siempre que la cabeza permanezca intacta.
Capacidad de formación de roscas
Los tornillos deben formar roscas internas que encajen sin deformación permanente, con un par de apriete que no supere los valores de la Tabla 3. Las roscas formadas deben aceptar roscas externas con tolerancia GB/T 197 6h y soportar cargas de grado 8 según GB/T 3098.2.
Resistencia a la fragilización por hidrógeno
Los tornillos galvanizados requieren una revisión del proceso según la norma GB/T 3098.17 para controlar la fragilización por hidrógeno. Tras el galvanizado, se debe realizar la expulsión de hidrógeno según la norma GB/T 5267. Se recomiendan recubrimientos de escamas de zinc no electrolíticos según la norma ISO 10683.
Dureza del núcleo después del retemplado
La disminución de la dureza tras el retemplado no deberá superar los 20 HV, garantizando así la estabilidad en servicio.
Resistencia a la tracción
Para tornillos de ≥12 mm o ≥3d, se realizará una prueba de tracción según acuerdo; los valores de referencia de la Tabla 3 sirven de guía para el rendimiento esperado.
Métodos de prueba
Prueba de dureza del núcleo
Mida a la mitad del radio en la sección transversal, lejos del extremo, a través del diámetro menor, según GB/T 4340.1. Esto verifica la tenacidad interna.
Prueba de dureza superficial
Rutina: En el extremo, vástago o cabeza según GB/T 4340.1 después de la eliminación del recubrimiento. Arbitraje: Microdureza Vickers HV0.1 en perfil de ≥4 mm de diámetro, a ≥0,05 mm del borde; negociar para <4 mm.
Prueba de profundidad del caso
Distancia desde la superficie hasta el punto donde la dureza = núcleo +30 HV0.3; el arbitraje utiliza la microdureza HV0.3 en la muestra metalográfica preparada.
Prueba de resistencia a la torsión
Sujete la muestra con ≥2 roscas completas en el dispositivo de fijación, ≥2 expuestas; aplique torque hasta que falle, registre el valor según la Tabla 3.
Prueba de integridad de la cabeza
Insertar en una cuña con un diámetro de orificio nominal +0,05 mm (≤M6) o +0,1 mm (>M6~M12); aplicar carga axial hasta una deformación de 7°. No apto para cabezas avellanadas. Utilizar golpes de martillo si es necesario.
Prueba de manejo
Introduzca la pieza en la placa de prueba (acero de bajo contenido de carbono, 140~180 HV30, espesor igual al diámetro nominal, orificio según la Tabla 5) hasta que sobresalga al menos una rosca. Fuerza axial inicial ≤50 N (≤M5) o ≤100 N (>M5); velocidad ≤30 r/min para la calibración. Añada lubricante si es necesario.
Tabla 5: Espesor de la placa de prueba y diámetros de los orificios
| Diámetro nominal de la rosca (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Espesor (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
| Diámetro del orificio (mm) | Máximo | 1.825 | 2.275 | 2.775 | 3.18 | 3.68 | 4.53 | 5.43 | 7.336 | 9.236 | 11.143 |
| Mínimo | 1.8 | 2.25 | 2.75 | 3.15 | 3.65 | 4.5 | 5.4 | 7.3 | 9.2 | 11.1 | |
Nota: Tolerancia de espesor de la placa de ensayo según GB/T 709 para placas de acero laminadas.
Prueba de fragilización por hidrógeno
Según GB/T 3098.17, se utiliza el método de soporte paralelo para evaluar el control del proceso.
Prueba de retemperado
A 330 °C durante 1 hora; el promedio de tres puntos de dureza del núcleo difiere en ≤20 HV antes/después. Solo para arbitraje.
Ensayo de tracción
Sujetar con ≥6 roscas expuestas; aplicar una carga axial ≤25 mm/min hasta la rotura. La rotura se produce en el vástago o las roscas, no en la unión de la cabeza; se requieren mordazas autocentrantes.
Llaves dinamométricas
Para pruebas de torsión y accionamiento, el error es ≤±3% del par especificado. Se permiten dispositivos eléctricos equivalentes; se recomienda consultar el manual para arbitraje. La calibración garantiza una evaluación precisa del rendimiento del tornillo bajo carga.
Calificación
Código de marcado
Tornillos autorroscantes cementados y templados, marcados con “-O-”.
Identificación
Se requiere marcado en relieve o con muescas para cabezas hexagonales o hexalobulares de diámetro nominal ≥5 mm, preferiblemente en la cabeza. Para otros tipos, se acordará previamente.
Marca de identificación del fabricante
Obligatorio para todos los productos marcados, garantizando la trazabilidad y el control de calidad.
Preguntas frecuentes
- ¿Cuál es la finalidad del endurecimiento superficial en los tornillos autorroscantes?
El endurecimiento superficial proporciona una superficie dura para la formación de roscas y resistencia al desgaste, al tiempo que mantiene el núcleo dúctil para evitar fallas frágiles bajo torsión o tensión, como se especifica en las cláusulas 4.2 y 4.3. - ¿Cómo se puede mitigar la fragilización por hidrógeno en los tornillos galvanizados?
Implementar controles de proceso según GB/T 3098.17, realizar la expulsión de hidrógeno posterior al recubrimiento según GB/T 5267 y considerar recubrimientos no electrolíticos como las escamas de zinc según ISO 10683 para reducir el riesgo. - ¿Qué ocurre si un tornillo no supera la prueba de resistencia a la torsión en la zona de sujeción?
Si se produce un fallo en las roscas sujetas, la prueba quedará invalidada; asegúrese de que la sujeción sea la adecuada, con al menos dos roscas completas sujetas y expuestas, según lo indicado en el apartado 5.4, para evaluar con precisión la resistencia del material. - ¿Son obligatorias las pruebas de tracción para todos los tornillos autorroscantes?
No, solo para longitudes ≥12 mm o ≥3d por acuerdo entre proveedor y comprador; los valores de la Tabla 3 son referencias, haciendo hincapié en las propiedades de torsión y accionamiento como métricas principales. - ¿Cómo afecta la profundidad de la caja al rendimiento del tornillo?
Una profundidad insuficiente puede provocar un desgaste prematuro o fallos en la formación de la rosca, mientras que una profundidad excesiva aumenta la fragilidad; respete los límites de la Tabla 4 para obtener propiedades equilibradas en aplicaciones como los conjuntos de acero. - ¿Qué equipo se recomienda para las pruebas de arbitraje?
Utilice llaves dinamométricas manuales con una precisión de ±3% para las pruebas de torsión y accionamiento, y la microdureza Vickers para la determinación de la profundidad de la superficie y de la capa endurecida, a fin de garantizar resultados precisos e imparciales.
