La norma GB/T 3098.2-2015 especifica las propiedades mecánicas de las tuercas de rosca gruesa fabricadas en acero al carbono y acero aleado, aplicables a la ingeniería general. Esta norma se ajusta estrechamente a normas internacionales como la ISO 898-2, garantizando la compatibilidad en los sistemas de fijación. Abarca los grados de rendimiento del 4 al 12, centrándose en la carga de prueba, la composición química, la dureza y la compatibilidad con pernos, tornillos o espárragos. A continuación, se detallan los aspectos clave con datos extraídos de la norma para una referencia precisa.
Valores de carga de prueba para tuercas de rosca gruesa
La carga de prueba representa la carga máxima que una tuerca puede soportar sin deformación permanente; es decir, la resistencia mínima a la tracción que debe soportar. Las unidades se expresan en Newtons (N). La siguiente tabla muestra los valores de carga de prueba para diversos tamaños de rosca y grados de rendimiento.
| Hilo | Paso | Grado 04 (N) | Grado 05 (N) | Grado 5 (N) | Grado 6 (N) | Grado 8 (N) | Grado 10 (N) | Grado 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 |
Estos valores son fundamentales para seleccionar tuercas en aplicaciones donde la capacidad de carga es primordial, como en conjuntos estructurales o maquinaria.
Requisitos de composición química
La norma especifica los límites químicos para las tuercas de acero al carbono a fin de garantizar un tratamiento térmico y un rendimiento adecuados. A continuación, se detallan los valores máximos de carbono (C), fósforo (P) y azufre (S), junto con el mínimo de manganeso (Mn). Los tratamientos térmicos incluyen temple y revenido opcionales para los grados inferiores y obligatorios para los superiores.
| Grado de rendimiento | Material | Tratamiento térmico | C (%) máx. | Mn (%) mín. | P (%) máx. | S (%) máx. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 | Acero carbono | Opcional | 0.58 | 0.25 | 0.060 | 0.150 | |
| 5 | Acero carbono | Templado y revenido | 0.58 | 0.30 | 0.048 | 0.058 | |
| 5 | Acero carbono | Opcional | 0.58 | – | 0.060 | 0.150 | |
| 6 | Acero carbono | Opcional | 0.58 | – | 0.060 | 0.150 | |
| 8 | Tuerca alta (Estilo 2) | Opcional | 0.58 | 0.25 | 0.060 | 0.150 | |
| 8 | Tuerca estándar (Estilo 1) D ≤ M16 | Opcional | 0.58 | 0.25 | 0.060 | 0.150 | |
| 8 | Tuerca estándar (Estilo 1) D > M16 | Templado y revenido | 0.58 | 0.30 | 0.048 | 0.058 | |
| 10 | Acero carbono | Templado y revenido | 0.58 | 0.30 | 0.048 | 0.058 | |
| 12 | Acero carbono | Templado y revenido | 0.58 | 0.45 | 0.048 | 0.058 | |
Nota: Para los grados que requieren temple y revenido, los materiales deben presentar suficiente templabilidad para alcanzar aproximadamente 90% de martensita en la sección de la rosca antes del revenido. Las evaluaciones de la composición química deben cumplir con las normas pertinentes.
Requisitos de dureza
La dureza se mide en las escalas Vickers (HV), Brinell (HB) y Rockwell C (HRC), con rangos que varían según el tamaño y la calidad de la tuerca. Estas garantizan la resistencia de la tuerca a la deformación bajo carga.
| Tamaño de la rosca | Grado 04 | Grado 05 | Grado 5 | Grado 6 | Grado 8 | Grado 10 | Grado 12 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Escala | Mínimo | Máximo | Mínimo | Máximo | Mínimo | Máximo | Mínimo | Máximo | Mínimo | Máximo | Mínimo | Máximo | Mínimo | Máximo | |
| M5 ≤ D ≤ M16 | Alto voltaje | 188 | 302 | 272 | 353 | 130 | 302 | 150 | 302 | 200 | 302 | 272 | 353 | 295 | 353 |
| M16 < D ≤ M39 | Alto voltaje | 188 | 302 | 272 | 353 | 146 | 302 | 170 | 302 | 233 | 353 | 272 | 353 | 272 | 353 |
| M5 ≤ D ≤ M16 | media pensión | 179 | 287 | 259 | 336 | 124 | 287 | 143 | 287 | 190 | 287 | 259 | 336 | 280 | 336 |
| M16 < D ≤ M39 | media pensión | 179 | 287 | 259 | 336 | 139 | 287 | 162 | 287 | 221 | 336 | 259 | 336 | 259 | 336 |
| M5 ≤ D ≤ M16 | CDH | – | 30 | 26 | 36 | – | 30 | – | 30 | – | 30 | 26 | 36 | 29 | 36 |
| M16 < D ≤ M39 | CDH | – | 30 | 26 | 36 | – | 30 | – | 30 | – | 36 | 26 | 36 | 26 | 36 |
Notas al pie: Para tuercas altas (Estilo 2) de Grado 8, la dureza mínima es de 180 HV (171 HB). Para tuercas altas de Grado 8, la dureza máxima es de 302 HV (287 HB, 30 HRC). Para tuercas altas de Grado 12, la dureza mínima es de 272 HV (259 HB, 26 HRC).
Compatibilidad con pernos, tornillos o espárragos
Las tuercas deben coincidir con las calidades de los pernos para garantizar la integridad de la unión. La siguiente tabla muestra los estilos de tuercas, los diámetros nominales y las calidades de pernos compatibles.
| Estilo de nuez | Grado 04 | Grado 05 | Grado 5 | Grado 6 | Grado 8 | Grado 10 | Grado 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Estándar (Estilo 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 |
| Alto (Estilo 2) | – | – | – | – | M16 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M16x1,5 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M16x1,5 |
| Delgado (Estilo 0) | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | M5 ≤ D ≤ M39 / M8x1 ≤ D ≤ M39x3 | – | – | – | – | – |
| Grado de perno compatible (máx.) | – | – | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 10.9 | 12.9 |
Esta compatibilidad asegura que la tuerca no falle antes que el perno en tensión, manteniendo la seguridad del montaje.
Consideraciones sobre el par
La norma GB/T 3098.2-2015 no especifica el par de rotura de las tuercas, ya que los valores de par se ven afectados por la fricción, la lubricación y las condiciones de montaje. En su lugar, el diseño se centra en la carga de prueba y la precarga. En la práctica, el par aplicado a las tuercas se convierte parcialmente en fuerza de sujeción, a menudo alrededor de una eficiencia de 20%, dependiendo de factores como el acabado superficial. Como referencia, consulte los valores de par de apriete de los pernos correspondientes en normas como la GB/T 3098.1, pero siempre verifique mediante pruebas para aplicaciones específicas.
Preguntas frecuentes (FAQ)
- 1. ¿Cuál es la carga de prueba en GB/T 3098.2-2015?
- La carga de prueba es la fuerza de tracción axial que la tuerca debe soportar sin deformación permanente y sirve como medida de su capacidad de carga.
- 2. ¿Cómo afecta el tratamiento térmico al rendimiento de las tuercas?
- Se requieren temple y revenido para grados superiores (por ejemplo, 8 para D > M16, 10, 12) para lograr la dureza y resistencia necesarias, asegurando al menos una estructura de martensita 90% antes del revenido.
- 3. ¿Se pueden utilizar tuercas de grado 8 con pernos de grado 10.9?
- Sí, las tuercas de grado 8 son compatibles con pernos de hasta grado 8.8, pero para grado 10.9, use tuercas de grado 10 para igualar la resistencia y evitar fallas de las tuercas.
- 4. ¿Por qué los límites de fósforo y azufre son más estrictos para los grados superiores?
- Un menor contenido de P y S (por ejemplo, 0,048% máximo para P en grado 10) reduce los riesgos de fragilización, lo que mejora la tenacidad y la confiabilidad en aplicaciones de alto estrés.
- 5. ¿Cómo se debe comprobar la dureza de los frutos secos?
- La dureza generalmente se mide en la superficie de apoyo o la sección transversal de la tuerca utilizando métodos HV, HB o HRC, con valores que varían según el tamaño (por ejemplo, mínimo más alto para diámetros más pequeños en algunos grados).
- 6. ¿Qué pasa si una tuerca excede la dureza máxima?
- La dureza excesiva puede provocar fragilidad; las tuercas deben permanecer dentro de rangos específicos (por ejemplo, máximo 353 HV para Grado 10) para equilibrar la resistencia y la ductilidad.
