La norma GB/T3098.7-2000 especifica las propiedades mecánicas de los tornillos autorroscantes fabricados en acero carburizado. Esta norma garantiza que estos elementos de fijación cumplan con criterios de rendimiento rigurosos para aplicaciones que requieren roscado fiable y alta resistencia. A continuación, detallamos los aspectos clave de los materiales, las propiedades mecánicas, los métodos de ensayo y los requisitos relacionados.
Materiales
Los tornillos autorroscantes se fabricarán con acero carburizado mediante conformado en frío. La composición química que figura en la Tabla 1 sirve como referencia.
| Análisis | Carbono (%) | Manganeso (%) |
|---|---|---|
| Cucharón | 0.15~0.25 | 0.70~1.65 |
| Controlar | 0.13~0.27 | 0.64~1.71 |
Nota: El contenido de boro puede alcanzar 0,005% si se controla mediante adiciones de titanio y/o aluminio para neutralizarlo.
Propiedades mecánicas y de rendimiento
4.1 Propiedades y métodos de ensayo
Las propiedades mecánicas y de rendimiento, junto con sus requisitos y métodos de ensayo, se describen en la Tabla 2.
| Propiedad | Requisito (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 |
| Capacidad de conducción | 4.7, Tabla 3 | 5.6 |
| Resistencia a la 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 |
4.2 Tratamiento térmico
Los tornillos acabados deberán someterse a cementación y revenido. La temperatura mínima de revenido es de 340 °C y deben cumplir con los requisitos mecánicos y de rendimiento que se detallan en la Tabla 3.
| Diámetro nominal de la rosca (mm) | Resistencia torsional mínima (N·m) | Par motor máximo (N·m) | Carga de tracción mínima (de 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 |
4.3 Dureza
La dureza del núcleo deberá ser de 290~370 HV10, y la dureza superficial mínima deberá ser de 450 HV0.3.
4.4 Profundidad de la caja
La profundidad de la carcasa deberá ajustarse a la Tabla 4.
| Diámetro nominal de la rosca (mm) | Mínimo (mm) | Máximo (mm) |
|---|---|---|
| 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 |
4.5 Resistencia a la torsión
Cuando se pruebe según el apartado 5.4, la resistencia a la torsión deberá cumplir con la Tabla 3. No deberá producirse fractura en la parte de la rosca sujeta.
4.6 Solidez del cabezal
Al realizar la prueba según la sección 5.5, no deben aparecer grietas en la unión cabeza-vástago cuando la superficie de apoyo de la cabeza se deforma permanentemente hasta formar un ángulo de 7° con el plano perpendicular al eje del tornillo. La prueba se considera superada si la cabeza no se rompe, incluso si se produce una fractura en la primera rosca.
4.7 Capacidad de formación de rosca
Los tornillos sin deformación permanente de la rosca (verificada con un aumento de 10x) deberán formar roscas internas coincidentes en la placa de ensayo según el apartado 5.6. El par de apriete no deberá exceder los valores de la Tabla 3. La rosca interna formada deberá aceptar una rosca externa según la norma GB/T 197 con una tolerancia de 6h y soportar cargas de prueba para la clase de resistencia 8 según la norma GB/T 3098.2.
4.8 Resistencia a la fragilización por hidrógeno
Los tornillos autorroscantes, especialmente los galvanizados, son susceptibles a la fragilización por hidrógeno. Los procesos deben verificarse según la norma GB/T 3098.17 (método de superficies de apoyo paralelas) para controlar los riesgos relacionados con el hidrógeno. Si se detecta fragilización, los procesos deben mejorarse. Los tornillos galvanizados deben someterse a un proceso de expulsión de hidrógeno según la norma GB/T 5267.
Nota: Se recomienda el uso de recubrimientos de escamas de zinc no electrolíticos según la norma ISO 10683.
4.9 Dureza del núcleo después del retemplado
Cuando se pruebe según el apartado 5.8, la reducción de la dureza del núcleo después del retemplado no deberá exceder los 20 HV.
4.10 Resistencia a la tracción
Para tornillos con una longitud ≥12 mm o ≥3d, el proveedor y el comprador pueden acordar la realización de pruebas de tracción. Nota: Las cargas de tracción de la Tabla 3 son solo de referencia.
Métodos de prueba
5.1 Prueba de dureza del núcleo
La dureza del núcleo se medirá a la mitad del radio en una sección transversal alejada del extremo y a través del diámetro menor, según GB/T 4340.1.
5.2 Ensayo de dureza superficial
Las pruebas rutinarias pueden realizarse en el extremo, el vástago o la cabeza (si la geometría lo permite). Pruebas según GB/T 4340.1 después de la eliminación del recubrimiento. Para arbitraje, utilice la microdureza Vickers (HV0.1) en perfiles a ≥0,05 mm del borde para diámetros ≥4 mm; negocie para diámetros <4 mm.
5.3 Prueba de profundidad de la carcasa
La profundidad de la capa endurecida es la distancia perpendicular desde la superficie hasta el punto donde la dureza es igual a la dureza del núcleo + 30 HV0.3. Para arbitraje, utilice la microdureza (HV0.3).
5.4 Ensayo de resistencia a la torsión
Sujete el tornillo con al menos dos roscas completas en la fijación y dos expuestas. Aplique el par de apriete hasta que se produzca la rotura; el valor deberá coincidir con el de la Tabla 3.
5.5 Prueba de integridad del cabezal
Inserte el tornillo en la cuña con un diámetro de orificio igual al nominal +0,05 mm (≤M6) o +0,1 mm (>M6~M12). Aplique una carga axial hasta alcanzar una deformación de 7°. No apto para tornillos avellanados.
5.6 Prueba de manejabilidad
Introduzca el tornillo en la placa de prueba (acero de bajo carbono, 140~180 HV30, espesor igual al diámetro nominal, orificio según la Tabla 5) hasta que sobresalga una rosca. Fuerza axial inicial: ≤50 N (≤M5), ≤100 N (>M5). Velocidad ≤30 r/min para arbitraje. El par máximo es el par de accionamiento; se permiten lubricantes.
| 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 del espesor de la placa de prueba según GB/T 709.
5.7 Prueba de fragilización por hidrógeno
Según GB/T 3098.17.
5.8 Prueba de retemperado
Diferencia en la dureza promedio del núcleo (tres puntos) antes/después del retemplado (330 °C, 1 h) ≤20 HV. Solo para arbitraje.
5.9 Ensayo de tracción
Sujete el tornillo con ≥6 roscas expuestas. Aplique una carga axial ≤25 mm/min hasta que se produzca la fractura, que deberá ocurrir en el vástago o la rosca, no en la unión de la cabeza.
Llaves dinamométricas
Las llaves dinamométricas para pruebas de torsión y de conducción deberán tener un error de medición dentro de ±3% del valor especificado. Llaves manuales para arbitraje.
Calificación
7.1 Símbolo de marcado
Tornillos autorroscantes cementados y templados, marcados con “-O-”.
7.2 Identificación
Los tornillos cementados deberán llevar marcado en relieve o en relieve según el apartado 7.1. Obligatorio para cabezas hexagonales o hexalobulares de ≥5 mm, preferiblemente en la cabeza. Otros tipos, según acuerdo.
7.3 Marca del fabricante
La marca o identificación del fabricante es obligatoria en todos los productos marcados.
Preguntas frecuentes
- ¿Cuál es la temperatura mínima de templado para tornillos autorroscantes según esta norma?
- La temperatura mínima de revenido es de 340 °C para garantizar el cumplimiento de las propiedades mecánicas, como la dureza y la resistencia.
- ¿Cómo se aborda la fragilización por hidrógeno en los tornillos galvanizados?
- Los procesos se verifican según la norma GB/T 3098.17, y la expulsión de hidrógeno es obligatoria según la norma GB/T 5267. Se recomienda el uso de recubrimientos no electrolíticos, como las escamas de zinc, según la norma ISO 10683, para minimizar el riesgo.
- ¿Cuáles son los requisitos de dureza del núcleo y de la superficie?
- La dureza del núcleo debe ser de 290 a 370 HV10, y la dureza de la superficie de al menos 450 HV0.3, lo que garantiza la durabilidad y la capacidad de formación de roscas.
- ¿Para qué tamaños de tornillos es opcional la prueba de tracción?
- El ensayo de tracción es opcional, previo acuerdo, para tornillos con una longitud ≥12 mm o ≥3 veces el diámetro nominal, con las cargas de referencia que figuran en la Tabla 3.
- ¿Qué marcado se requiere para los tornillos autorroscantes cementados?
- El símbolo “-O-” debe aplicarse, junto con la marca comercial del fabricante, especialmente en cabezas de diámetros ≥5 mm para tipos hexagonales.
- ¿Cómo se mide la profundidad de la carcasa y cuáles son los límites para un tornillo de 4 mm?
- Medido según 5.3 usando HV0.3; para 4 mm, mínimo 0.1 mm y máximo 0.25 mm para equilibrar dureza y tenacidad.
