Standar GB/T 3098.22-2009 menetapkan sifat mekanik untuk baut, sekrup, dan stud yang terbuat dari baja butiran halus yang tidak dipadamkan dan ditempa. Standar ini sangat penting untuk memastikan keandalan dan kinerja pengencang dalam berbagai aplikasi mekanik, terutama di mana kekuatan dan keuletan tinggi diperlukan tanpa proses perlakuan panas tradisional. Baja butiran halus yang tidak dipadamkan mencapai sifat-sifatnya melalui penggulungan dan pendinginan terkontrol, menghasilkan struktur mikro yang memberikan ketangguhan dan kekuatan yang sangat baik. Pendekatan ini mengurangi biaya produksi dan dampak lingkungan dibandingkan dengan baja yang dipadamkan dan ditempa.
Berlaku untuk pengencang dengan diameter ulir dari 5 mm hingga 16 mm, standar ini mendefinisikan tingkatan kinerja seperti 8.8F, 9.8F, dan 10.9F, yang menunjukkan kekuatan tarik dan karakteristik luluh yang disesuaikan untuk penggunaan spesifik. Misalnya, tingkatan 8.8F menawarkan kekuatan tarik nominal 800 MPa, cocok untuk teknik umum, sedangkan 10.9F memberikan kekuatan yang lebih tinggi pada nominal 1000 MPa untuk aplikasi yang lebih menuntut seperti pengencangan struktural. Standar ini juga mencakup persyaratan untuk komposisi kimia, ukuran butir, dan pengujian mekanis untuk menjamin konsistensi.
Manfaat utama meliputi peningkatan ketahanan terhadap kelelahan karena struktur butiran halus, yang meminimalkan penyebaran retakan. Produsen harus mematuhi tingkatan material yang ditentukan seperti MFT8, MFT9, dan MFT10, yang masing-masing sesuai dengan tingkat kinerja tertentu. Standar tersebut merujuk pada lampiran untuk kondisi teknis material dan pedoman pemrosesan, memastikan bahwa pengencang memenuhi standar internasional yang setara dalam hal kualitas. Pengujian dilakukan pada suhu lingkungan 10°C hingga 35°C, dengan uji benturan pada -20°C untuk menilai kinerja suhu rendah.
Dalam praktiknya, standar ini mendukung industri seperti otomotif, konstruksi, dan permesinan dengan memberikan pedoman yang jelas tentang kapasitas menahan beban. Misalnya, rasio tegangan bukti memastikan pengencang dapat menahan beban yang ditentukan tanpa deformasi permanen. Pengguna harus memperhatikan bahwa meskipun material memenuhi standar, faktor geometris dapat memengaruhi kinerja keseluruhan, sehingga memerlukan pertimbangan desain yang cermat. Standar ini mendorong penggunaan perlakuan stabilisasi setelah pembentukan dingin untuk meningkatkan sifat-sifat material.
Secara keseluruhan, GB/T 3098.22-2009 selaras dengan standar global seperti ISO 898, sehingga memfasilitasi perdagangan internasional. Standar ini menekankan integritas permukaan, dengan mengacu pada standar cacat seperti GB/T 5779.1, untuk mencegah kegagalan akibat diskontinuitas. Dengan mengikuti standar ini, para insinyur dapat memilih pengencang yang tepat, mengoptimalkan keselamatan dan efisiensi dalam perakitan. Kerangka kerja komprehensif ini mencakup segala hal mulai dari pemilihan bahan baku hingga verifikasi produk akhir, menjadikannya landasan bagi teknologi pengencangan mekanis.
Persyaratan Material
Material untuk pengikat baja non-quenched berbutir halus harus memenuhi kondisi teknis ketat yang diuraikan dalam Lampiran A standar ini. Ini termasuk spesifikasi untuk tingkatan material, komposisi kimia, ukuran butir ferit, dan sifat mekanik. Struktur butir halus dicapai melalui pemrosesan termomekanik, memastikan sifat yang seragam tanpa quenching dan tempering. Tingkatan material seperti MFT8, MFT9, dan MFT10 didefinisikan, masing-masing disesuaikan untuk tingkat kinerja tertentu.
Komposisi kimia biasanya melibatkan kadar karbon, mangan, silikon, dan unsur paduan mikro seperti niobium atau vanadium yang terkontrol untuk memperhalus ukuran butir dan meningkatkan kekuatan. Misalnya, ukuran butir ferit harus lebih halus daripada ASTM 8 untuk meningkatkan ketangguhan. Kondisi ini memastikan batang kawat baja yang digunakan untuk pembentukan dingin mempertahankan konsistensi dalam produksi.
Pengencang yang dapat digunakan meliputi baut, sekrup, stud, dan batang dengan diameter ulir nominal dari 5 mm hingga 16 mm. Tabel 2 merinci kesesuaiannya:
| Kelas Material | Diameter Ulir Nominal (mm) | Nilai Kinerja | Produk yang Berlaku |
|---|---|---|---|
| MFT8 | 5~16 | 8.8F, 08.8F | Baut, sekrup, paku, dan batang |
| MFT9 | 5~16 | 9.8F, 09.8F | |
| MFT10 | 5~16 | 10.9F, 010.9F | Baut dan batang |
Proses yang direkomendasikan melibatkan perlakuan stabilisasi setelah pembentukan dingin untuk mengoptimalkan kinerja. Lampiran B memberikan panduan untuk memproses batang kawat canai panas menjadi pengencang, termasuk anil atau sferoidisasi jika diperlukan. Hal ini memastikan produk akhir menunjukkan sifat mekanik yang dibutuhkan tanpa cacat.
Dalam hal pemilihan, para insinyur harus mempertimbangkan faktor lingkungan; untuk lingkungan korosif, lapisan tambahan mungkin diperlukan, meskipun standar tersebut berfokus pada sifat material dasar. Kepatuhan terhadap persyaratan ini meminimalkan risiko seperti kerapuhan hidrogen, yang umum terjadi pada baja berkekuatan tinggi. Batasan kimia yang terperinci mencegah masalah seperti kemampuan pengerasan yang berlebihan atau kemampuan pengelasan yang buruk.
Selain itu, standar ini mewajibkan ketertelusuran dari bahan baku hingga produk jadi, mendukung sistem pengendalian mutu seperti ISO 9001. Dengan mematuhi persyaratan material ini, produsen dapat menghasilkan pengencang yang andal dalam kondisi beban dinamis, memperpanjang masa pakai pada aplikasi seperti jembatan atau kendaraan.
Sifat Mekanik dan Fisik
Pengencang harus menunjukkan sifat mekanik dan fisik sesuai Tabel 3, diuji pada suhu lingkungan 10°C hingga 35°C, dengan uji impak Charpy pada suhu -20°C. Sifat-sifat ini memastikan keandalan dalam kondisi penggunaan. Misalnya, kekuatan tarik (Rm) untuk grade 8.8F minimal 800 MPa, yang mencerminkan kemampuan baja untuk menahan gaya tarik.
Kekuatan luluh, yang diukur sebagai tegangan bukti 0,2% (Rp0,2), sangat penting untuk mencegah deformasi plastis. Tegangan bukti (Sp) memberikan margin keamanan, dengan rasio seperti 0,91 untuk 8,8F. Keuletan dinilai melalui perpanjangan (A) dan pengurangan luas penampang (Z), memastikan pengikat dapat berubah bentuk tanpa mengalami kegagalan getas.
Uji kekerasan (Vickers, Brinell, Rockwell) memverifikasi keseragaman, dengan rentang yang mencegah material menjadi terlalu rapuh atau lunak. Energi tumbukan (KV) minimal 27 J pada -20°C memastikan ketangguhan di lingkungan dingin. Cacat permukaan dikendalikan sesuai GB/T 5779.1.
| Nomor Barang | Sifat Mekanik dan Fisik | Nilai Kinerja | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 8,8F | 9,8F | 10,9F | |||
| 1 | Kekuatan tarik Rm/MPa | NominalA | 800 | 900 | 1000 |
| menit | 800 | 900 | 1040 | ||
| 2 | Tegangan pada perpanjangan non-proporsional 0,2%, Rp0,2/MPa | NominalA | 640 | 720 | 900 |
| menit | 640 | 720 | 940 | ||
| 3 | Bukti tegangan SpB/MPa | Nominal | 580 | 650 | 830 |
| Rasio tegangan bukti Sp, nominal / Rp0,2 min | 0.91 | 0.9 | 0.88 | ||
| 4 | Peregangan setelah fraktur A/% | menit | 12 | 10 | 9 |
| 5 | Pengurangan luas Z/% | menit | 52 | 48 | 48 |
| 6 | Kesehatan kepala | Tidak ada patah tulang | |||
| 7 | Kekerasan Vickers HV F≥98N | menit | 250 | 290 | 320 |
| maksimal | 320 | 360 | 380 | ||
| 8 | Kekerasan Brinell HBW F=30D² | menit | 238 | 276 | 304 |
| maksimal | 304 | 342 | 361 | ||
| 9 | Kekerasan Rockwell (HRC) | menit | 22 | 28 | 32 |
| maksimal | 32 | 37 | 39 | ||
| 10 | Torsi patahan MB/Nm | menit | Lihat GB/T 3098.13 | ||
| 11 | Energi tumbukan KVCD/J | menit | 27 | ||
| 12 | Cacat permukaan | GB/T 5779.1e | |||
Catatan: A Nilai nominal untuk pemberian nilai. B Lihat Tabel 5 dan 7 untuk beban uji. C Pada suhu -20°C. D Untuk d=16 mm. e GB/T 5779.3 berdasarkan kesepakatan.
Sifat-sifat ini sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan lelah siklus tinggi. Struktur mikro butiran halus berkontribusi pada ketangguhan benturan yang unggul, mengurangi risiko kegagalan di lingkungan yang bergetar. Batas kekerasan memastikan kemampuan pemesinan dan ketahanan aus.
Metode dan Pertimbangan Pengujian yang Berlaku
Bab 4 dari standar tersebut menguraikan metode pengujian untuk memverifikasi sifat-sifat, termasuk uji tarik, uji beban bukti, uji kekerasan, dan uji impak. Metode-metode ini berlaku untuk berbagai jenis dan ukuran pengikat, dengan Bab 3 menentukan kesesuaiannya. Misalnya, uji tarik menggunakan spesimen yang diolah dengan mesin untuk mengukur Rm dan Rp0.2 secara akurat.
Pengujian beban bukti mengkonfirmasi bahwa pengikat mampu menahan Sp tanpa deformasi, yang sangat penting untuk aplikasi pramuat. Uji kekerasan dilakukan pada permukaan untuk memastikan keseragaman. Uji impak menggunakan spesimen Charpy V-notch untuk pengukuran KV pada suhu -20°C, untuk menilai ketahanan terhadap patahan getas.
Pertimbangan meliputi efek ukuran; pengencang yang lebih kecil mungkin memiliki kapasitas yang berkurang meskipun materialnya sesuai. Kondisi lingkungan selama pengujian harus dikendalikan. Metode alternatif, seperti GB/T 5779.3 untuk cacat, memerlukan persetujuan.
Daftar berurutan untuk langkah-langkah pengujian:
- Siapkan spesimen sesuai dimensi standar.
- Lakukan pengujian pada suhu yang ditentukan.
- Catat hasilnya dan bandingkan dengan batas pada Tabel 3.
- Periksa kerusakan secara visual dan tanpa merusak.
Faktor-faktor yang tidak berurutan yang memengaruhi tes:
- Geometri ulir memengaruhi distribusi tegangan.
- Proses manufaktur seperti pembentukan dingin.
- Lapisan yang berpotensi mengubah sifat-sifat.
Metode-metode ini memastikan ketertelusuran dan kualitas, sesuai dengan norma internasional. Dalam praktiknya, kalibrasi peralatan secara berkala sangat penting.
Tabel Beban untuk Ulir Kasar dan Halus
Tabel 4 hingga 7 memberikan beban tarik minimum dan beban uji untuk ulir kasar dan halus, yang dihitung menggunakan luas tegangan nominal (As,nom). Untuk pengencang galvanis celup panas, pengurangan sesuai GB/T 5267.3 Lampiran A berlaku.
Tabel 4: Beban tarik minimum untuk benang kasar (Fm,min = As,nom × Rm,min / N).
| Ukuran Benang d | Luas Tegangan Nominal As,nom / mm² | Nilai Kinerja | ||
|---|---|---|---|---|
| 8,8F | 9,8F | 10,9F | ||
| Beban Tarik Minimum Fm,min / N | ||||
| M5 | 14.2 | 11360 | 12780 | 14768 |
| M6 | 20.1 | 16080 | 18090 | 20904 |
| M7 | 28.9 | 23120 | 26010 | 30056 |
| M8 | 36.6 | 29280 | 32940 | 38064 |
| M10 | 58 | 46400 | 52200 | 60320 |
| M12 | 84.3 | 67440 | 75870 | 87672 |
| M14 | 115 | 92000 | 103500 | 119600 |
| M16 | 157 | 125600 | 141300 | 163280 |
Tabel 5: Beban uji untuk ulir kasar (Fp = As,nom × Sp / N). Nilai yang dikoreksi berdasarkan perhitungan standar.
| Ukuran Benang d | Luas Tegangan Nominal As,nom / mm² | Nilai Kinerja | ||
|---|---|---|---|---|
| 8,8F | 9,8F | 10,9F | ||
| Beban Uji Fp / N | ||||
| M5 | 14.2 | 8240 | 9230 | 11790 |
| M6 | 20.1 | 11660 | 13070 | 16680 |
| M7 | 28.9 | 16760 | 18790 | 23990 |
| M8 | 36.6 | 21230 | 23790 | 30380 |
| M10 | 58 | 33640 | 37700 | 48140 |
| M12 | 84.3 | 48890 | 54800 | 69970 |
| M14 | 115 | 66700 | 74750 | 95450 |
| M16 | 157 | 91060 | 102050 | 130310 |
Tabel 6: Beban tarik minimum untuk benang halus.
| Ukuran Benang d×p | Luas Tegangan Nominal As,nom / mm² | Nilai Kinerja | ||
|---|---|---|---|---|
| 8,8F | 9,8F | 10,9F | ||
| Beban Tarik Minimum Fm,min / N | ||||
| M8×1 | 39.2 | 31360 | 35280 | 40768 |
| M10×1 | 64.5 | 51600 | 58050 | 67080 |
| M10×1.25 | 61.2 | 48960 | 55080 | 63648 |
| M12×1.25 | 92.1 | 73680 | 82890 | 95784 |
| M12×1.5 | 88.1 | 70480 | 79290 | 91624 |
| M14×1.5 | 125 | 100000 | 112500 | 130000 |
| M16×1.5 | 167 | 133600 | 150300 | 173680 |
Tabel 7: Beban uji untuk ulir halus.
| Ukuran Benang d×p | Luas Tegangan Nominal As,nom / mm² | Nilai Kinerja | ||
|---|---|---|---|---|
| 8,8F | 9,8F | 10,9F | ||
| Beban Uji Fp / N | ||||
| M8×1 | 39.2 | 22740 | 25480 | 32540 |
| M10×1 | 64.5 | 37410 | 41930 | 53540 |
| M10×1.25 | 61.2 | 35490 | 39780 | 50800 |
| M12×1.25 | 92.1 | 53420 | 59870 | 76440 |
| M12×1.5 | 88.1 | 51090 | 57270 | 73120 |
| M14×1.5 | 125 | 72500 | 81250 | 103750 |
| M16×1.5 | 167 | 96860 | 108550 | 138610 |
Tabel-tabel ini membantu dalam perhitungan desain, memastikan beban awal yang aman dan kekuatan maksimum. As,nom dihitung sesuai dengan 9.1.6.1.
Lampiran dan Rekomendasi
Lampiran A merinci kondisi teknis material, termasuk komposisi kimia dan ukuran butir untuk kelas MFT8 hingga MFT10. Ini memastikan bahan baku memberikan dasar untuk mencapai sifat-sifat yang ditentukan. Lampiran B menawarkan panduan untuk memproses kawat canai panas menjadi pengikat, merekomendasikan perlakuan stabilisasi untuk memperbaiki struktur mikro setelah pembentukan.
Rekomendasi meliputi penggunaan pendinginan terkontrol untuk mempertahankan butiran halus, menghindari pemanasan berlebihan yang dapat membuat struktur menjadi kasar. Untuk kinerja optimal, integrasikan hal ini dengan praktik terbaik manufaktur.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
- Apa yang dimaksud dengan baja butiran halus tanpa proses pendinginan cepat (nonquenched steel) dalam standar ini?
- Istilah ini merujuk pada baja yang diproses melalui penggulungan termomekanis untuk menghasilkan butiran ferit halus, yang memberikan kekuatan tinggi tanpa pendinginan dan penempaan, sebagaimana didefinisikan dalam GB/T 3098.22-2009.
- Apa perbedaannya dengan pengencang baja yang dipadamkan dan ditempa?
- Jenis yang tidak dipadamkan mengandalkan paduan mikro dan pendinginan terkontrol untuk mendapatkan sifat-sifatnya, menawarkan penghematan biaya dan ketangguhan yang lebih baik, sedangkan jenis yang dipadamkan menggunakan perlakuan panas untuk meningkatkan kekerasan.
- Apa saja batasan ukuran untuk pengencang ini?
- Berlaku untuk diameter nominal 5 mm hingga 16 mm, dengan tingkatan khusus seperti 10.9F terbatas pada baut dan batang.
- Bagaimana ketahanan terhadap benturan diuji?
- Menggunakan uji takik V Charpy pada suhu -20°C, membutuhkan minimal 27 J untuk d=16 mm, untuk memastikan kinerja pada suhu rendah.
- Apa saja masalah umum yang muncul akibat cacat permukaan?
- Cacat seperti retakan atau sambungan dapat mengurangi kapasitas beban; standar tersebut merujuk pada GB/T 5779.1 untuk kriteria inspeksi dan penerimaan.
- Apakah beban uji dapat disesuaikan untuk lapisan?
- Ya, untuk ulir 6g/6az yang digalvanis celup panas, pengurangan dilakukan sesuai dengan GB/T 5267.3 Lampiran A untuk memperhitungkan efek ketebalan.
