GB/T 3098.26-2021 : Propriétés des éléments de fixation – Rondelles plates

Cette norme spécifie les propriétés mécaniques et physiques des rondelles plates en acier au carbone ou en acier allié, destinées à être utilisées dans des assemblages boulonnés avec des boulons, des vis, des goujons et des écrous conformes aux classes de performance définies dans les normes GB/T 3098.1 et GB/T 3098.2. Ces propriétés sont testées à des températures ambiantes allant de 10 °C à 35 °C.

Remarque 1 : Ces rondelles simples peuvent également être utilisées avec d’autres fixations, telles que des vis autotaraudeuses.

Les rondelles plates conformes aux exigences de la présente norme, dans les conditions d'essai spécifiées, peuvent ne pas conserver leurs propriétés mécaniques et physiques à hautes et/ou basses températures. Remarque 2 : Les rondelles plates conformes à ce document conviennent à des températures de service comprises entre -50 °C et +150 °C. Pour des températures supérieures à -50 °C et jusqu'à +300 °C, il est conseillé aux utilisateurs de consulter des experts.

Le présent document s'applique aux rondelles plates et aux rondelles pour assemblages en acier au carbone ou en acier allié d'une épaisseur de 0,2 mm à 12 mm, notamment :

• Rondelles simples (avec ou sans motifs, nervures ou chanfreins).
• Rondelles carrées plates.
• Rondelles plates à trou carré.
• Rondelles plates de forme spéciale.

Cette norme ne spécifie pas d'exigences concernant :

• Résistance à la corrosion.
• Soudabilité.

Le champ d'application de cette norme souligne l'importance du choix des matériaux et des conditions d'essai pour garantir la fiabilité des assemblages de fixations. Par exemple, dans les applications soumises à des températures extrêmes, des facteurs supplémentaires tels que la dilatation thermique et la dégradation des matériaux doivent être pris en compte. Cette norme s'intègre aux autres documents de la série GB/T afin de fournir un cadre global pour les performances des fixations, garantissant ainsi compatibilité et sécurité dans les applications de génie mécanique. En limitant la plage d'épaisseurs, elle se concentre sur les usages industriels courants tout en permettant des extensions par le biais d'accords. Il est important de noter que pour des environnements spécifiques, tels que les secteurs maritime ou aérospatial, des normes complémentaires relatives à la corrosion peuvent être nécessaires. Globalement, ce champ d'application garantit que les rondelles plates contribuent efficacement à la répartition des charges et à la résistance aux vibrations dans les assemblages boulonnés, prévenant ainsi les défaillances telles que le desserrage ou la fatigue des matériaux. L'exclusion de la corrosion et de la soudabilité souligne la nécessité d'une conception système intégrée où ces aspects sont traités séparément. En pratique, les ingénieurs combinent souvent cette norme avec des normes telles que la GB/T 5267.3 relative à la galvanisation à chaud afin d'améliorer la durabilité. Cette approche globale facilite la sélection de rondelles qui optimisent les performances d'assemblage, réduisent les coûts de maintenance et améliorent l'intégrité structurelle. De plus, les recommandations relatives à la température empêchent toute utilisation inappropriée dans des conditions de forte chaleur, où des matériaux alternatifs comme l'acier inoxydable pourraient être préférables. L'accent mis par le document sur les aciers au carbone et alliés permet d'équilibrer rentabilité et résistance mécanique, ce qui les rend adaptés aux secteurs de l'automobile, de la construction et de la mécanique. En respectant ces paramètres, les fabricants peuvent produire des articles homogènes conformes aux normes internationales, facilitant ainsi le commerce mondial et la normalisation.

Symboles

Les symboles suivants sont utilisés dans ce document :

• d₁ : Diamètre intérieur du trou traversant, en millimètres (mm).
• d₂ : Diamètre extérieur, en millimètres (mm).
• F : Charge, en newtons (N).
• G : Profondeur totale de la couche de décarburation, en millimètres (mm).
• r : Rayon de contact entre les pièces de support et de pression, en millimètres (mm).
• t : Épaisseur nominale de la rondelle plate, en millimètres (mm).
• t_eff : Épaisseur effective de la rondelle plate, en millimètres (mm).
• α : Angle de contact entre les parties support et pression, en degrés (°).

Ces symboles normalisent la communication dans la documentation technique, garantissant la précision de la conception et des essais. Par exemple, d₁ et d₂ sont essentiels à la compatibilité dimensionnelle avec les boulons, évitant tout défaut d'alignement susceptible d'entraîner des défaillances d'assemblage. La charge F est indispensable aux essais de performance, simulant les contraintes réelles. La profondeur de décarburation G est liée à l'intégrité de surface, une décarburation excessive pouvant fragiliser la rondelle. Le rayon r et l'angle α sont utilisés dans les dispositifs d'essai pour reproduire fidèlement les conditions de contact. Les paramètres d'épaisseur t et t_eff tiennent compte des variations de fabrication, influençant la capacité de charge. En pratique, ces symboles facilitent les calculs de répartition des contraintes, les rondelles contribuant à répartir uniformément les forces sur les surfaces de jonction. La compréhension de ces notations est cruciale pour l'interprétation des résultats d'essais et la garantie de la conformité. Elles sont conformes aux normes internationales, favorisant l'interopérabilité. Les professionnels doivent les utiliser systématiquement afin d'éviter les erreurs de spécification. Par exemple, dans l'analyse par éléments finis, ces paramètres intégrés aux modèles permettent de prédire le comportement des rondelles sous charge. Cette symbolisation améliore la convivialité du document, permettant une consultation rapide lors des processus de contrôle qualité. En les définissant dès le début, la norme jette les bases des sections suivantes consacrées aux matériaux et aux essais.

Système de désignation

La classe de performance des rondelles plates est composée d'un nombre et d'un symbole :

• Le nombre indique la valeur minimale de dureté Vickers (voir tableau 3).
• Les lettres HV désignent la dureté Vickers.

Exemple : Une rondelle plate en acier avec une dureté Vickers minimale de 200, conformément au tableau 3, est désignée comme 200 HV.

Si les tableaux 2 et 3 sont respectés, ce système de désignation peut également s'appliquer à des spécifications dépassant les épaisseurs standard. Bien que plusieurs classes de performance soient spécifiées, elles ne conviennent pas toutes à chaque assemblage boulon-écrou-rondelle. Le tableau 1 présente les combinaisons de classes de performance des rondelles plates avec les boulons, vis, goujons et écrous.

RC : Combinaison recommandée.
^un Les classes 200 HV et 300 HV sont appliquées dans les normes de produits pour les ensembles boulons et rondelles, conformément aux normes GB/T 9074.1 et GB/T 97.4.
^b La tension de 380 HV ne fait pas partie des normes de produits actuelles ; son utilisation nécessite un accord entre le fournisseur et l'acheteur.
^c Pour 380 HV, la conception de la connexion par boulonnage doit empêcher les contraintes de flexion et de traction dans les rondelles, en particulier les rondelles fendues ou fraisées.
^d Les combinaisons avec la note de bas de page d peuvent être utilisées si la conception et l'installation du raccordement sont vérifiées.
^et Les combinaisons situées au-dessus de la ligne en gras en escalier sont utilisables pour les assemblages boulonnés.
^f Les combinaisons situées sous la ligne en gras en escalier (zones grises) ne doivent pas être utilisées.

Pour les vis autotaraudeuses et les vis reliant des matériaux souples (par exemple, plastique, bois), les combinaisons avec des rondelles plates de classes de performance doivent être déterminées en fonction de l'utilisation prévue.

Ce système de désignation garantit la traçabilité et la compatibilité des assemblages, deux éléments essentiels pour la sécurité. En associant la dureté aux classes de performance, il permet aux ingénieurs de sélectionner des rondelles adaptées à la résistance des boulons, évitant ainsi les sous-dimensionnements et les surdimensionnements. Les recommandations du tableau 1 préviennent les incompatibilités susceptibles d'entraîner des défaillances telles que le dénudage ou la fissuration. Dans les applications à fortes charges, comme les ponts, les classes supérieures, telles que 380 HV, offrent une résistance accrue mais nécessitent une conception rigoureuse afin de limiter les risques de fragilisation par l'hydrogène (voir GB/Z 41117). La flexibilité du système pour les épaisseurs non standard permet de réaliser des applications sur mesure. Globalement, il favorise la standardisation, réduisant ainsi les erreurs d'approvisionnement et d'assemblage.

Matériels

Le tableau 2 précise les limites de composition chimique de l'acier au carbone et de l'acier allié utilisés dans les rondelles plates de différentes classes de performance. Ces compositions doivent être conformes aux normes nationales en vigueur.

Note: L'acier allié comprend l'acier à ressort et l'acier à ressort allié adapté aux rondelles plates.

Pour les rondelles nécessitant une galvanisation à chaud, les matériaux doivent être conformes à la norme GB/T 5267.3. Si les ensembles sont trempés et revenus en bloc, des rondelles non traitées peuvent être fournies ; dans ce cas, la composition chimique, conformément à la norme GB/T 9074.1, fait l’objet d’un accord.

Pour les assemblages de vis autotaraudeuses à surface durcie selon la norme GB/T 97.5, la teneur en carbone des rondelles ne doit pas dépasser 0,12%. Chaque lot de fabrication doit utiliser des matériaux provenant de la même coulée.

NA : Non applicable.
^un En cas de litige, procéder à une analyse du produit.
^b Pour les rondelles d'assemblage, voir GB/T 9074.1 ou GB/T 97.4 ; composition et température de trempe par accord.
^c Pour des applications spéciales (par exemple, galvanisation à chaud), la composition et la température de revenu sont définies d'accord.
^d Teneur maximale en bore 0,003%, jusqu'à 0,005% si le bore non effectif est contrôlé par le titane/aluminium.
^et Les laveuses 200 HV peuvent utiliser des matières premières appropriées ou être trempées et revenues après fabrication ; traiter par le fabricant si le tableau 3 est respecté.
^f Les matériaux doivent avoir une trempabilité suffisante pour la martensite ~90% au cœur avant le revenu.
^g L'acier au carbone peut contenir du chrome, du manganèse, du nickel, etc.
^h Les aciers alliés contiennent au moins un élément : Cr 0,30%, Mn 0,20%, Ni 0,30%, V 0,10%, Mo 0,08%, B 0,0008%. Pour les combinaisons, la somme des minima individuels doit être d’au moins 70%.
^je Pour la fragilisation par l'hydrogène, voir GB/Z 41117.

Les spécifications des matériaux garantissent que les rondelles atteignent la dureté et la durabilité requises. La teneur en carbone limite la résistance, tandis que les faibles teneurs en phosphore et en soufre minimisent la fragilité. Les éléments d'alliage améliorent la trempabilité pour les classes supérieures. Les températures de revenu empêchent le surdurcissement, réduisant ainsi les risques de fissuration. Cette section guide les fabricants dans la sélection des aciers pour des performances constantes, un critère essentiel dans des secteurs comme l'automobile où la résistance aux vibrations est primordiale. Le respect des normes en vigueur assure la compatibilité avec la galvanisation, évitant ainsi les problèmes d'adhérence du revêtement.

Propriétés mécaniques et physiques

Les rondelles plates de classes de performance spécifiées doivent répondre aux propriétés mécaniques et physiques du tableau 3 à température ambiante, qu'elles soient testées lors de la fabrication ou de l'inspection finale.

Le chapitre 6 fournit les méthodes d'essai et les procédures d'arbitrage applicables pour vérifier la conformité au tableau 3. Pour les rondelles de classe 380 HV, un essai de ductilité selon l'annexe A est requis lorsque cela est spécifié.

^un 380 HV non conforme aux normes de produits actuelles ; utilisation soumise à accord.
^b Le dépassement de la tension maximale de 250 HV ne constitue pas un motif de rejet.
^c Pour les rondelles moletées ou nervurées, limites comme pour 380 HV.
^d Mesuré selon 6.2.3 sur la section transversale ; dureté à 0,1 mm de la surface de support ≥ dureté au centre – 30 HV.
^et Le plus petit des deux.
^f Mesuré par 6,3 sur la section transversale ; dureté à 0,1 mm de la surface de support ≤ dureté centrale + 30 HV.

Ces propriétés garantissent que les rondelles résistent aux charges de compression sans déformation ni rupture. Les plages de dureté assurent un équilibre optimal entre résistance et ductilité, prévenant ainsi les fissures. Les contrôles de décarburation et de carburation préservent l'intégrité de surface, essentielle à la résistance à la corrosion des rondelles revêtues. Les limites de revenu vérifient l'adéquation du traitement thermique. Dans certaines applications, ces spécifications garantissent des assemblages fiables, notamment dans les machines où les vibrations pourraient desserrer les connexions. Les tests de conformité au chapitre 6 garantissent la qualité.

Méthodes d'essai

Test de dureté

Général

Le test de dureté vise à vérifier la conformité aux valeurs minimales et maximales du tableau 3 et aux exigences relatives aux matériaux pour les rondelles trempées et revenues. Il s'applique à toutes les classes et est réalisé sur les rondelles à l'état brut de réception, à l'exception de celles ayant subi un traitement après assemblage.

Effectuer sur des surfaces ou des sections transversales appropriées selon le tableau 4.

^un Pour les aciers trempés et revenus à 200 HV sur demande, un test de section transversale est requis en cas de litige.

Dureté Vickers en surface

Sélectionnez la charge d'essai en fonction de la classe et de l'épaisseur selon la figure 1. Utilisez la charge Rockwell si aucune charge Vickers appropriée n'est disponible.

Exemple : Pour une rondelle de 0,3 mm d'épaisseur et de dureté 300 HV, utilisez HV5.

 Dureté Rockwell en surface

Sélectionnez la charge conformément à la figure 2 en fonction de la classe et de l'épaisseur. Utilisez la charge Vickers si aucune charge Rockwell appropriée n'est disponible.

Exemple : Pour une rondelle de 0,5 mm d'épaisseur 380 HV, utilisez 294 N (HR30N).

Procédure de test

Éliminer les revêtements/oxydes, puis effectuer le test à mi-rayon sur la surface de support. Pour les pièces galvanisées, retirer la couche de transition. Si la surface le permet, effectuer la moyenne de trois mesures à 120°.

Exigences pour 100 HV, 140 HV, 200 HV

Routine : Conformément à 6.1.2, respecter le tableau 3. Arbitrage : Vickers selon la figure 1 ; pour t_eff > 0,5 mm, charge inférieure ≥ HV1.

Exigences pour 300 HV, 380 HV

Procédure de routine : Conformément à la section 6.1.2, se conformer au tableau 3. Arbitrage : Section transversale conformément à la section 6.1.3.

Essai de dureté en section radiale

Général

Conformément à la norme GB/T 4340.1, Vickers pour les rondelles trempées et revenues.

Procédure

Effectuer une coupe radiale passant par le centre du trou, enrober/monter, meuler/polir pour analyse métallographique. Tester au milieu de la section selon la figure 3 ; faire la moyenne d’au moins trois points si possible.

1 : Zone de test (rayon 0,25 t_eff).

Exigences

Consultez le tableau 3. Si la différence > 30 HV dans un rayon t_eff de 0,25, vérifiez la martensite ~90% selon le tableau 2.

Test de décarburation

Général

Détecte la décarburation superficielle des rondelles moletées/nervurées 300 HV et de toutes les rondelles 380 HV. Surfaces indiquées sur la figure 4.

1 : Surface de support ; 2 : Couche de décarboxylation totale ; 3 : Couche de décarboxylation partielle ; 4 : Métal de base ; x : Zone non testée.

Méthode métallographique

Préparation des échantillons

Retirer les revêtements, effectuer une section radiale, enrober/monter, meuler/polir. Remarque : Graver avec du nital 3% pour révéler les modifications.

Procédure

Examiner à un grossissement de 100x ; mesurer avec une échelle ou un oculaire.

Exigences

Max G par tableau 3.

Méthode de dureté

Préparation des échantillons

Pour t ≥ 0,4 mm ; préparer selon 6.2.2.1 sans gravure.

Procédure

Mesurer les points 1 et 2 selon la figure 5 avec HV0,3 (2,942 N).

Sans décarburation : HV(2) > HV(1) – 30 HV ; sans carburation : HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV. 1 : Centre ; 2 : 0,1 mm de la surface.

Exigences

HV(2) ≥ HV(1) – 30 HV. Remarque : Ne s’applique pas au G maximal selon le tableau 3.

Test de carburation

Général

Détecte la carburation de surface pendant le traitement thermique pour les rondelles moletées/nervurées 300 HV et toutes les rondelles 380 HV, t ≥ 0,4 mm. Mesuré sur la dureté de la section transversale radiale.

Procédure

Préparer selon 6.2.2.1 sans gravure ; mesurer selon la figure 5 avec HV0.3.

Exigences

HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV. Un dépassement indique une carburation. De plus, la dureté de la surface d'appui doit être ≤ 370 HV^0,3 pour 300 HV et ≤ 450 HV^0,3 pour 380 HV, conformément au tableau 3.

Test de retrempe

Général

Vérifie la température minimale de revenu lors du traitement thermique des rondelles 300 HV et 380 HV.

Procédure

Mesurer la dureté Vickers dans la zone de la figure 3 (trois points). Tremper à nouveau à 10 °C en dessous de la valeur indiquée dans le tableau 2 min, maintenir 30 min ; mesurer à nouveau dans la même zone.

Exigences

Réduction moyenne de dureté < 20 HV après revenu.

Les méthodes de test garantissent la qualité des rondelles grâce à des procédures standardisées, essentielles à leur fiabilité. Les tests de dureté confirment la résistance du matériau, tandis que les contrôles de décarburation/carburation préviennent les fragilités de surface. Le revenu valide le traitement thermique, évitant ainsi la fragilité. Ces méthodes sont conformes aux pratiques internationales, assurant une fabrication homogène.

Marquage

Général

Les rondelles fabriquées conformément à ce document ne peuvent être marquées conformément au chapitre 3 que si elles sont entièrement conformes.

Marquage des rondelles

Par décision ou accord du fabricant ; le cas échéant, indiquer l’identifiant du fabricant et la classe de performance. Les distributeurs utilisant leur propre identifiant sont considérés comme des fabricants. Aucun marquage en relief ; le marquage en creux est déconseillé en raison des risques de serrage excessif ou de concentration des contraintes. Privilégier des méthodes durables comme le marquage laser. Indiquer la classe conformément au code du tableau 5 ou aux symboles en forme de cadran d’horloge.

Marquage des emballages

Tous les emballages doivent être étiquetés avec l'identifiant du fabricant/vendeur, la classe de performance selon le chapitre 3 et le numéro de lot selon GB/T 3099.4.

Le marquage garantit la traçabilité, essentielle au contrôle qualité et à la responsabilité. Il prévient la contrefaçon et facilite les rappels de produits. Dans les chaînes d'approvisionnement, un marquage approprié simplifie la gestion des stocks et la vérification de la conformité.

Annexe A : Essai de ductilité pour les rondelles de classe de performance 380 HV

A.1 Généralités

Détermine si les rondelles sont devenues cassantes lors de leur fabrication. Applicable sur demande du client, aux rondelles finies, y compris les revêtements.

A.2 Procédure de test

Utiliser un support et un pénétrateur d'angle α déterminé en fonction de l'épaisseur ; dureté minimale de 60 HRC, surfaces rectifiées. Pour les rondelles concentriques, utiliser des contacts coniques (voir figure A.1). Pour les autres, utiliser des contacts en V (voir figure A.2). Placer la rondelle dans le dispositif ; démonter l'ensemble au préalable. Aligner les axes. Appliquer une charge axiale constante jusqu'au contact complet ; maintenir la charge pendant 2 minutes, puis la relâcher.

A.3 Exigences

Aucune fracture. En cas de dommage, couper du côté opposé à la fracture ; une séparation en deux parties indique une rupture.

Cette annexe vérifie la ductilité des rondelles à haute dureté, prévenant ainsi les ruptures fragiles en service. Elle est essentielle pour les applications critiques en matière de sécurité, car elle garantit que les rondelles se déforment sans se rompre sous la charge.

FAQ

1. Quelle est la plage de températures appropriée pour les rondelles ordinaires selon cette norme ? La température de service recommandée est de -50 °C à +150 °C. Pour des températures extrêmes allant jusqu'à +300 °C, consultez des experts afin d'évaluer la préservation des propriétés.
2. Comment puis-je sélectionner la classe de performance appropriée pour mon ensemble de boulons ? Consultez le tableau 1 pour les combinaisons recommandées (RC). Évitez les zones grises afin de prévenir les incompatibilités pouvant entraîner une défaillance de l'assemblage ; vérifiez la conception si vous utilisez les combinaisons mentionnées en note de bas de page d.
3. Que faire si mes lave-linge nécessitent une galvanisation à chaud ? Les matériaux doivent être conformes à la norme GB/T 5267.3. La composition chimique et le traitement thermique peuvent nécessiter un accord entre le fournisseur et l'acheteur pour des applications spécifiques.
4. Pourquoi les tests de décarburation sont-ils importants pour les catégories de performance supérieures ? Une décarburation excessive fragilise la surface, augmentant le risque de défaillance sous charge. Les essais garantissent le respect des limites indiquées dans le tableau 3, préservant ainsi l'intégrité, notamment pour les rondelles 380 HV.
5. Puis-je utiliser des laveuses 380 HV sans accord ? Non, car elles ne sont pas prévues dans les normes de produits actuelles. Leur utilisation nécessite un protocole précis, avec des précautions de conception pour éviter les contraintes de flexion ou de traction.
6. Comment le test de revenu confirme-t-il la qualité du traitement thermique ? Il vérifie si la réduction de dureté après un revenu supplémentaire est ≤20 HV, vérifiant que le processus d'origine a respecté les températures minimales selon le tableau 2, empêchant la fragilité.