Esquema del estándar
Esta norma especifica las propiedades mecánicas y los métodos de ensayo para tornillos autorroscantes. A continuación se presenta un esquema estructurado que sirve de guía a través de las secciones clave:
- Requisitos técnicosAbarca materiales, propiedades metalúrgicas y criterios de rendimiento mecánico.
- Métodos de prueba: Detalla los procedimientos para las pruebas metalúrgicas y mecánicas.
- Especificaciones de la llave dinamométrica: Requisitos para las herramientas utilizadas en las pruebas de torsión.
- Preguntas frecuentesPreguntas frecuentes y perspectivas profesionales.
Requisitos técnicos
La norma establece requisitos precisos para los tornillos autorroscantes, garantizando así su fiabilidad en aplicaciones de fijación. Estos tornillos están diseñados para taladrar y roscar en una sola operación, y se utilizan habitualmente en la construcción, la automoción y la maquinaria.
Materiales
Los tornillos autorroscantes deben fabricarse con acero cementado o acero tratado térmicamente. Esta selección garantiza el equilibrio necesario entre la ductilidad del núcleo y la dureza de la superficie, fundamental para perforar materiales como el acero o el aluminio sin necesidad de perforación previa.
Propiedades metalúrgicas
Las propiedades metalúrgicas son esenciales para el buen funcionamiento del tornillo bajo tensión. Un tratamiento térmico adecuado previene fallos como el agrietamiento o la fragilidad.
Dureza superficial
Tras el tratamiento térmico, la dureza superficial de los tornillos autorroscantes debe ser de al menos 530 HV 0,3. Esta elevada dureza superficial permite un taladrado y roscado eficaces, reduciendo el desgaste de la punta del tornillo durante la instalación.
Dureza del núcleo
La dureza del núcleo después del tratamiento se especifica de la siguiente manera:
- De 320 HV 5 a 400 HV 5 para tamaños de rosca ≤ ST 4.2.
- De 320 HV 10 a 400 HV 10 para tamaños de rosca > ST 4.2.
La temperatura mínima de revenido recomendada es de 330 °C. Evite el rango de revenido de 275 °C a 315 °C para minimizar el riesgo de fragilización de la martensita revenida, que podría provocar una falla prematura bajo carga.
Profundidad del caso
La profundidad de la capa endurecida debe ajustarse a los valores de la Tabla 1. Esta profundidad garantiza una capa endurecida suficiente para la perforación, manteniendo al mismo tiempo la tenacidad del núcleo.
| Tamaño de la rosca | Mín. (mm) | Máx. (mm) |
|---|---|---|
| ST 2.9 y ST 3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST 4.2 a ST 5.5 | 0.10 | 0.23 |
| ST 6.3 | 0.15 | 0.28 |
Microestructura
En la microestructura tratada térmicamente, no debe aparecer ferrita bandeada entre la capa superficial endurecida y el núcleo. Esto garantiza una resistencia uniforme y evita zonas débiles que podrían provocar fallas por cizallamiento.
Fragilización por hidrógeno
Los tornillos autorroscantes electrochapados presentan riesgo de fractura por fragilización por hidrógeno. Los fabricantes y los agentes de galvanoplastia deben implementar medidas, incluyendo ensayos según la norma GB/T 3098.17, para controlar este riesgo. Además, conviene considerar los requisitos de alivio de la fragilización por hidrógeno establecidos en la norma GB/T 5267.1 para elementos de fijación electrochapados, con el fin de mejorar su durabilidad a largo plazo.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas definen la capacidad del tornillo para funcionar en condiciones operativas, incluyendo taladrado, roscado y soporte de carga.
Rendimiento de perforación
La parte perforadora del tornillo debe perforar un orificio prefabricado adecuado para extruir roscas internas compatibles bajo las condiciones de prueba especificadas en la sección 4.2.1. Esto garantiza una instalación eficiente sin necesidad de herramientas adicionales.
Rendimiento de formación de roscas
En el orificio prefabricado perforado según el apartado 3.3.1, el tornillo deberá extruir las roscas internas correspondientes sin deformarse al atornillarlo en la placa de prueba según el apartado 4.2.1.1. Esta propiedad es fundamental para una fijación segura en materiales delgados.
Resistencia torsional
Cuando se pruebe según el apartado 4.2.3, la resistencia a la torsión deberá garantizar que el par de rotura sea igual o superior a los valores de la Tabla 4. Una alta resistencia a la torsión evita la rotura durante el apriete.
Métodos de prueba
Los métodos de ensayo estandarizados verifican el cumplimiento de los requisitos, proporcionando resultados reproducibles para el control de calidad.
Pruebas de rendimiento metalúrgico
Prueba de dureza superficial
Proceda según la norma GB/T 4340.1. Las indentaciones deben realizarse en superficies planas, preferiblemente en la cabeza del tornillo, para medir con precisión la capa endurecida.
Prueba de dureza del núcleo
Realizar según GB/T 4340.1 en una microsección transversal para evaluar la tenacidad interna.
Medición de la profundidad de la caja
Mida 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 ≤ ST 4.2. Para arbitraje, utilice la dureza micro-Vickers con una fuerza de 300 g en el perfil de la rosca, calculando desde el punto que supera la dureza del núcleo en 30 HV.
Prueba de microestructura
Realizar la inspección metalográfica según las normas pertinentes para confirmar la ausencia de defectos.
Pruebas de rendimiento mecánico
Prueba de perforación y roscado
Aparato de prueba
Consulte la Figura 1 para ver un ejemplo de configuración. Las placas de prueba están hechas de acero con bajo contenido de carbono (≤ 0,23% de carbono) con una dureza de 110 HV 30 a 165 HV 30 según GB/T 4340.1. El espesor de la placa se indica en la Tabla 2.
| Tamaño de la rosca | Espesor de la placa de prueba (mm) | Fuerza axial (N) | Tiempo máximo de atornillado (s) | Velocidad del tornillo (rpm) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
El espesor de la placa de prueba puede constar de dos placas de acero. Estos valores son solo para la inspección de aceptación.
Procedimiento de prueba
Enrosque la muestra, recubierta o sin recubrimiento, en la placa de prueba hasta que pase una rosca completa. Aplique la fuerza axial y la velocidad indicadas en la Tabla 2 durante todo el proceso de taladrado y roscado.
Inspección de perforación
De común acuerdo, realice la inspección de perforación utilizando placas de prueba según 4.2.1.1 con el espesor especificado en la Tabla 3. Marque previamente un punto de posicionamiento. Después de la perforación, el tamaño máximo del orificio no deberá exceder los límites de la Tabla 3.
| Tamaño de la rosca | Espesor de la placa (mm) | Diámetro mínimo del orificio (mm) | Diámetro máximo del orificio (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 |
La figura 2 complementa la figura 1. El diámetro interior del manguito es aproximadamente 0,25 mm mayor que el diámetro mayor de la rosca. La longitud del manguito permite extender la punta de la broca. Las fuerzas axiales indicadas en la tabla 2 guían la instalación; si se superan, pueden producirse fracturas o sobrecalentamiento.
Prueba de torsión
Sujete el tornillo con una terraja o dispositivo de roscado compatible sin dañar la parte sujeta. Consulte la Figura 3 para la configuración. Tras la sujeción, sobresaldrán al menos dos roscas completas y quedarán aseguradas al menos dos roscas completas (sin incluir la punta de la broca). Para tornillos cortos, sujete toda la rosca sin aplicar fuerza de sujeción en la cabeza.
Aplique el par de apriete con un dispositivo calibrado hasta que se produzca la fractura. El tornillo debe cumplir con los pares de apriete mínimos de rotura indicados en la Tabla 4.
| Tamaño de la rosca | Par de fallo mínimo (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 |
Llave dinamométrica
Las llaves dinamométricas utilizadas para las pruebas deben tener un margen de error de medición de ±31 TP3T respecto al valor de par especificado. Se pueden utilizar dispositivos eléctricos con precisión y visualización de par equivalentes. Para las pruebas de arbitraje, utilice llaves dinamométricas manuales para garantizar la precisión y la reproducibilidad.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué materiales se recomiendan para los tornillos autorroscantes según esta norma?
Acero cementado o acero tratado térmicamente, que proporciona la dureza superficial necesaria para el taladrado y la ductilidad del núcleo para garantizar la resistencia. - ¿Cómo se controla la fragilización por hidrógeno en los tornillos galvanizados?
Mediante medidas como el horneado posterior al recubrimiento y las pruebas según GB/T 3098.17, junto con las consideraciones de GB/T 5267.1 para minimizar los riesgos de fractura. - ¿Qué importancia tiene evitar el rango de revenido de 275–315 °C?
Este rango de temperaturas puede inducir la fragilización de la martensita templada, lo que provoca una fractura frágil; el revenido a ≥330 °C garantiza una mayor tenacidad. - ¿Cómo se debe comprobar la dureza del núcleo para diferentes tamaños de tornillos?
Utilice HV 5 para ≤ ST 4.2 y HV 10 para > ST 4.2 en microsecciones transversales según GB/T 4340.1 para una evaluación precisa de las propiedades internas. - ¿Qué fuerzas axiales se aplican durante las pruebas de perforación y por qué?
Las fuerzas aplicadas varían entre 150 N y 350 N por tamaño de rosca (Tabla 2) para simular las condiciones de instalación, evitando así una sobrecarga que podría dañar la punta de la broca. - ¿Por qué es crucial realizar pruebas de resistencia a la torsión?
Verifica que el tornillo pueda soportar los pares de apriete de instalación sin romperse, lo que garantiza la fiabilidad en aplicaciones con altos requisitos de apriete según la Tabla 4.
