Pengantar GB/T 3098.23-2020
GB/T 3098.23-2020 menetapkan sifat mekanik pengencang, khususnya baut, sekrup, dan stud dengan diameter ulir nominal dari M42 hingga M72. Standar ini merupakan bagian dari seri GB/T 3098 yang lebih luas, yang membahas persyaratan kinerja untuk pengencang berkekuatan tinggi yang digunakan dalam aplikasi yang menuntut seperti teknik struktur, perakitan mesin, dan industri berat. Standar ini berfokus pada kelas sifat 8.8 dan 10.9, memastikan bahwa komponen-komponen ini dapat menahan beban yang signifikan sambil mempertahankan integritas dalam berbagai kondisi lingkungan.
Standar ini menguraikan persyaratan untuk material, perlakuan panas, komposisi kimia, dan berbagai sifat mekanik termasuk kekuatan tarik, tegangan luluh, kekerasan, dan ketahanan benturan. Untuk pengencang berdiameter besar seperti yang berada dalam kisaran M42 hingga M72, pertimbangan khusus diberikan untuk memastikan kemampuan pengerasan yang cukup, mencegah masalah seperti kegagalan getas atau kekuatan yang tidak memadai di inti pengencang. Baja paduan diwajibkan, dipadamkan dan ditempa untuk mencapai struktur mikro yang diinginkan, terutama martensit di bagian berulir.
Aspek-aspek kunci meliputi batasan komposisi kimia untuk mengontrol unsur-unsur seperti karbon, fosfor, sulfur, dan boron, yang memengaruhi kemampuan pendinginan material dan kerentanannya terhadap cacat. Parameter perlakuan panas, seperti suhu temper minimum, ditentukan untuk menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan. Metode pengujian mekanis dirujuk dari standar terkait, memastikan konsistensi dalam evaluasi. Standar ini sangat penting bagi produsen dan insinyur untuk memilih pengikat yang sesuai yang memenuhi kriteria keselamatan dan kinerja dalam skenario beban tinggi.
Dalam praktiknya, kepatuhan terhadap GB/T 3098.23-2020 membantu mengurangi risiko dalam aplikasi di mana kegagalan pengikat dapat menyebabkan konsekuensi bencana, seperti pada jembatan, bejana tekan, atau sasis otomotif. Standar ini juga memberikan pedoman untuk integritas permukaan, batas dekarburisasi, dan pemeriksaan kekerasan pasca-tempering untuk memverifikasi kualitas material. Dengan mengintegrasikan spesifikasi ini, standar ini meningkatkan keandalan dan interoperabilitas di seluruh rantai pasokan global, selaras dengan standar internasional seperti ISO 898-1 untuk kelas properti serupa.
Lebih lanjut, dokumen ini mencakup tabel rinci untuk beban tarik minimum dan beban uji untuk ulir kasar dan halus, yang dihitung berdasarkan luas tegangan nominal. Nilai-nilai ini sangat penting bagi para insinyur desain untuk menentukan beban kerja yang aman dan memperhitungkan margin keamanan. Standar ini menekankan pentingnya mencapai setidaknya martensit 90% di bagian inti sebelum proses temper untuk kinerja optimal. Secara keseluruhan, GB/T 3098.23-2020 berfungsi sebagai panduan komprehensif untuk memproduksi dan memverifikasi pengencang berdiameter besar berkinerja tinggi, memastikan pengencang tersebut bekerja dengan andal di bawah tegangan tarik, geser, dan kelelahan yang umum ditemui di lingkungan industri. Pendahuluan ini meletakkan dasar untuk membahas persyaratan spesifik, dimulai dengan komposisi material dan berlanjut ke metrik kinerja.
- Cakupan: Berlaku untuk baut, sekrup, dan stud dari M42 hingga M72.
- Kelas Properti: 8.8 dan 10.9.
- Bahan: Baja paduan yang dipadamkan dan ditempa.
- Manfaat Utama: Peningkatan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan terhadap kerusakan.
Untuk sepenuhnya memahami standar ini, penting untuk memahami evolusinya dari versi sebelumnya, yang menggabungkan kemajuan dalam metalurgi dan teknik pengujian. Misalnya, kontrol yang lebih ketat terhadap pengotor seperti fosfor dan sulfur mengurangi risiko kerapuhan temper, sementara batasan boron mencegah pengerasan butir selama perlakuan panas. Para insinyur harus membandingkan ini dengan GB/T 196 untuk dimensi ulir dan GB/T 5779.1 untuk diskontinuitas permukaan untuk memastikan kepatuhan secara menyeluruh.
Komposisi Kimia (Material)
Persyaratan komposisi kimia dalam GB/T 3098.23-2020 sangat penting untuk memastikan sifat mekanik pengencang. Untuk kelas sifat 8.8 dan 10.9, material harus berupa baja paduan yang telah dipadamkan dan ditempa. Komposisi ditentukan melalui analisis leburan, dengan analisis produk diterapkan dalam kasus perselisihan. Kandungan karbon berkisar dari minimum 0,2% untuk 8.8 dan 0,3% untuk 10.9 hingga maksimum 0,55% untuk keduanya, memberikan kemampuan pengerasan yang diperlukan tanpa kerapuhan yang berlebihan.
Fosfor dan sulfur dibatasi maksimal masing-masing 0,025% untuk meminimalkan segregasi dan meningkatkan ketangguhan. Boron dibatasi hingga 0,003% untuk menghindari efek buruk pada struktur butir. Unsur paduan harus mencakup setidaknya salah satu dari berikut ini: kromium (minimal 0,30%), nikel (minimal 0,30%), molibdenum (minimal 0,20%), atau vanadium (minimal 0,10%). Untuk kombinasi, total kandungan paduan harus minimal 70% dari jumlah minimum masing-masing unsur.
Batasan ini memastikan kemampuan pendinginan yang memadai, mencapai sekitar 90% martensit di inti berulir sebelum perlakuan panas. Suhu perlakuan panas minimum adalah 500°C untuk kedua kelas, yang menyempurnakan struktur mikro untuk kekuatan dan keuletan yang seimbang. Dalam konteks rekayasa, komposisi ini memungkinkan pengencang untuk menahan kerapuhan hidrogen dan kelelahan, yang umum terjadi di lingkungan dengan tegangan tinggi.
| Kelas Properti | 8.83 | 10.93 | |||
| Material dan Perlakuan Panas | Baja paduan yang dipadamkan dan ditempa2 | Baja paduan yang dipadamkan dan ditempa2 | |||
| C, menit1 | Batas Komposisi Kimia / % (Analisis Lelehan) | 0.2 | 0.3 | ||
| C, maks1 | 0.55 | 0.55 | |||
| P, maks1 | 0.025 | 0.025 | |||
| S, maks1 | 0.025 | 0.025 | |||
| B, maks1 | 0.003 | 0.003 | |||
| Suhu Tempering °C | 500 | 500 | |||
1 Jika terjadi perselisihan, analisis produk yang berlaku. 2 Baja paduan ini harus mengandung setidaknya satu dari unsur-unsur berikut dengan kandungan minimum: Cr 0,30%; Ni 0,30%; Mo 0,20%; V 0,10%. Untuk kombinasi dua, tiga, atau empat unsur, kandungannya tidak boleh kurang dari 70% dari jumlah minimum masing-masing unsur. 3 Material untuk kelas ini harus memiliki kemampuan pengerasan yang cukup untuk memastikan martensit sekitar 90% di inti bagian berulir dalam kondisi "setelah pendinginan" sebelum perlakuan temper.
Memahami komposisi ini membutuhkan pengetahuan tentang metalurgi: karbon meningkatkan kekuatan tetapi dapat mengurangi keuletan jika tidak dikontrol. Unsur paduan meningkatkan pengerasan menyeluruh, yang sangat penting untuk diameter besar di mana laju pendinginan bervariasi. Produsen sering menggunakan baja seperti 42CrMo atau 35CrMo untuk memenuhi spesifikasi ini. Dalam pengendalian mutu, analisis spektrometri memverifikasi kepatuhan, mencegah masalah seperti retak antar butir. Persyaratan bagian ini secara langsung memengaruhi sifat mekanik selanjutnya, membentuk dasar untuk kinerja pengikat yang andal di sektor-sektor seperti kedirgantaraan dan konstruksi.
- Verifikasi rentang karbon untuk kekuatan yang diinginkan.
- Mengontrol pengotor untuk meningkatkan ketangguhan.
- Pastikan penambahan paduan untuk meningkatkan kemampuan pengerasan.
- Terapkan perlakuan panas yang tepat untuk struktur mikro.
Sifat Mekanik dan Fisik
GB/T 3098.23-2020 merinci sifat mekanik dan fisik untuk pengencang M42~M72 dalam kelas 8.8 dan 10.9. Ini termasuk kekuatan tarik (R_m), tegangan luluh 0,2% (R_p0.2), tegangan luluh (S_p), perpanjangan (A), pengurangan luas penampang (Z), rentang kekerasan, batas dekarburisasi, dan energi impak (K_v). Untuk kelas 8.8, R_m minimum adalah 830 MPa, R_p0.2 adalah 660 MPa, dan S_p adalah 600 MPa. Kelas 10.9 membutuhkan masing-masing 1040 MPa, 940 MPa, dan 830 MPa.
Kekerasan ditentukan dalam skala Vickers (HV), Brinell (HBW), dan Rockwell (HRC), dengan batasan yang memastikan keseragaman. Kekerasan permukaan dikontrol untuk mencegah efek pengerasan permukaan, dengan peningkatan maksimum 30 HV di atas kekerasan inti untuk kedua kelas, dan maksimum absolut 390 HV untuk 10.9. Dekarburisasi dibatasi untuk mempertahankan kekuatan ulir: tinggi lapisan yang tidak didekarburisasi E adalah 1/2 H1 untuk 8.8 dan 2/3 H1 untuk 10.9, dengan kedalaman dekarburisasi penuh G maksimum 0,015 mm.
Energi tumbukan K_v minimal 27 J pada suhu -20°C, diuji sesuai bagian 9.9. Kekuatan kepala baut tidak boleh retak atau pecah. Ketidaksinambungan permukaan sesuai dengan GB/T 5779.1. Sifat-sifat ini memastikan baut dapat menahan beban dinamis tanpa mengalami kegagalan.
| Kelas Properti | 8.8 | 10.9 | |
| Nominal1 | Kekuatan Tarik R_m / MPa | 800 | 1000 |
| Minimum | 830 | 1040 | |
| Nominal2 | Tegangan pada 0,2% Perpanjangan Non-Proporsional R_p0,2 / MPa | 640 | 900 |
| Minimum | 660 | 940 | |
| Nominal3 | Tegangan Bukti S_p / MPa | 600 | 830 |
| Rasio Tegangan Bukti S_p nom / R_p0.2 min | 0.91 | 0.88 | |
| Minimum | Peregangan setelah Fraktur A / % | 12 | 9 |
| Minimum | Pengurangan Luas Z / % | 52 | 48 |
| Kesehatan Kepala | Tidak ada retakan atau patahan | Tidak ada retakan atau patahan | |
| Minimum | Kekerasan Vickers HV F ≥ 98 N | 255 | 320 |
| Maksimum | 335 | 380 | |
| Minimum | Kekerasan Brinell HBW F = 30 D² | 250 | 316 |
| Maksimum | 331 | 375 | |
| Minimum | Kekerasan Rockwell (HRC) | 23 | 32 |
| Maksimum | 34 | 39 | |
| Maksimum | Kekerasan Permukaan HV 0,3 | 4 | 4, 5 |
| Minimum | Tinggi Zona Ulir yang Tidak Mengalami Dekarburisasi E / mm | 1/2 H1 | 2/3 H1 |
| Maksimum | Kedalaman Dekarburisasi Lengkap G / mm | 0.015 | 0.015 |
| Maksimum | Penurunan Kekerasan setelah Penempaan Ulang HV | 20 | 20 |
| Minimum6 | Energi Impak K_v / J | 27 | 27 |
| Diskontinuitas Permukaan | Diskontinuitas Permukaan | GB/T 5779.1 | GB/T 5779.1 |
1 Nilai nominal untuk tujuan penunjukan, lihat Bab 5. 2 Diukur sebagai tegangan pada perpanjangan non-proporsional 0,2%. 3 Nilai beban uji terdapat pada Tabel 4 dan 6. 4 Kekerasan permukaan tidak boleh melebihi kekerasan inti (pada 1/2 radius) lebih dari 30 HV bila diukur dengan HV 0,3. 5 Kekerasan permukaan maksimum 390 HV. 6 Diuji pada suhu -20°C, lihat 9.9.
Sifat-sifat ini diuji pada spesimen yang telah diolah atau pengencang ukuran penuh, memastikan penerapan di dunia nyata. Misalnya, nilai R_m yang lebih tinggi pada 10.9 memungkinkan kapasitas menahan beban yang lebih besar pada sambungan kritis. Rentang kekerasan mencegah pengerasan berlebihan, yang dapat menyebabkan retak hidrogen. Kontrol dekarburisasi mempertahankan umur kelelahan ulir. Dalam desain, para insinyur menggunakan nilai-nilai ini untuk menghitung faktor keamanan, seringkali menggabungkan analisis elemen hingga untuk rakitan yang kompleks.
Beban Tarik Minimum – Benang Kasar
Beban tarik minimum untuk pengencang ulir kasar dihitung menggunakan luas tegangan nominal A_s,nom dan kekuatan tarik minimum R_m,min. Nilai-nilai ini memberikan dasar untuk pengujian tarik, memastikan pengencang dapat menahan gaya yang ditentukan tanpa mengalami kegagalan. Untuk M42, A_s,nom adalah 1120 mm², dengan beban minimum 929600 N untuk ukuran 8,8 dan 1164800 N untuk ukuran 10,9. Ini berlanjut hingga M68 dengan 3060 mm², beban masing-masing 2539800 N dan 3182400 N.
Perhitungan menggunakan R_m = F_m / A_s,nom, di mana A_s,nom = (π/4) × [(d2 + d3)/2]², mengacu pada GB/T 196 untuk d2 dan d1, GB/T 192 untuk H, dan d3 = d1 – H/6. Ini memastikan penilaian distribusi tegangan yang akurat.
| Benang | M42 | M45 | M48 | M52 | M56 | M60 | M64 | M68 | ||
| Luas Tegangan Nominal A_s,nom / mm²1 | 1120 | 1310 | 1470 | 1760 | 2030 | 2360 | 2680 | 3060 | ||
| Kelas Properti 8.8 | Beban Tarik Minimum F_m,min (A_s,nom × R_m,min) / N | 929600 | 1087300 | 1220100 | 1460800 | 1684900 | 1958800 | 2224400 | 2539800 | |
| Kelas Properti 10.9 | 1164800 | 1362400 | 1528800 | 1830400 | 2111200 | 2454400 | 2787200 | 3182400 | ||
Beban-beban ini sangat penting untuk pengujian bukti di jalur perakitan, membantu mendeteksi cacat manufaktur sejak dini. Dalam aplikasi struktural, beban-beban ini memandu perhitungan pramuat baut untuk mencegah kelonggaran akibat getaran.
Beban Uji – Ulir Kasar
Beban uji mewakili gaya minimum yang harus ditahan oleh pengencang tanpa deformasi permanen, berdasarkan A_s,nom dan S_p,min. Untuk M42, nilainya adalah 672000 N untuk 8,8 dan 929600 N untuk 10,9, yang kemudian disesuaikan menjadi M68 dengan nilai 1836000 N dan 2539800 N.
Rumus perhitungan yang sama berlaku seperti untuk beban tarik. Nilai-nilai ini digunakan dalam pengujian non-destruktif untuk memverifikasi kesetaraan kekuatan luluh.
| Benang | M42 | M45 | M48 | M52 | M56 | M60 | M64 | M68 | ||
| Luas Tegangan Nominal A_s,nom / mm² | 1120 | 1310 | 1470 | 1760 | 2030 | 2360 | 2680 | 3060 | ||
| Kelas Properti 8.8 | Beban Bukti F_p,min (A_s,nom × S_p,min) / N | 672000 | 786000 | 882000 | 1056000 | 1218000 | 1416000 | 1608000 | 1836000 | |
| Kelas Properti 10.9 | 929600 | 1087300 | 1220100 | 1460800 | 1684900 | 1958800 | 2224400 | 2539800 | ||
Pengujian beban sangat penting untuk jaminan kualitas, terutama di industri yang kritis terhadap keselamatan.
Beban Tarik Minimum – Benang Halus
Untuk ulir halus, beban lebih tinggi karena area tegangan yang lebih besar. Untuk M45×3, A_s,nom 1400 mm², beban minimum 1162000 N (8.8) dan 1456000 N (10.9), hingga M72×6 dengan 3460 mm², 2871800 N dan 3598400 N. Catatan: Nilai yang dikoreksi dari sumber untuk akurasi.
| Benang | M45×3 | M52×4 | M56×4 | M60×4 | M64×4 | M72×6 | ||
| Luas Tegangan Nominal A_s,nom / mm²1 | 1400 | 1830 | 2144 | 2490 | 2851 | 3460 | ||
| Kelas Properti 8.8 | Beban Tarik Minimum F_m,min (A_s,nom × R_m,min) / N | 1162000 | 1518900 | 1779520 | 2066700 | 2366330 | 2871800 | |
| Kelas Properti 10.9 | 1456000 | 1903200 | 2229760 | 2589600 | 2965040 | 3598400 | ||
Ulir halus menawarkan ketahanan getaran yang lebih baik, sehingga mampu menahan beban yang lebih tinggi dalam aplikasi dinamis.
Beban Uji – Benang Halus
Beban uji untuk ulir halus: M45×3 840000 N (8.8), 1162000 N (10.9); M72×6 2076000 N dan 2871800 N. Ini memastikan perilaku elastis di bawah beban.
| Benang | M45×3 | M52×4 | M56×4 | M60×4 | M64×4 | M72×6 | |||
| Luas Tegangan Nominal A_s,nom / mm²1 | 1400 | 1830 | 2144 | 2490 | 2851 | 3460 | |||
| Kelas Properti 8.8 | Beban Bukti F_p,min (A_s,nom × S_p,min) / N | 840000 | 1098000 | 1286400 | 1494000 | 1710600 | 2076000 | ||
| Kelas Properti 10.9 | 1162000 | 1518900 | 1779520 | 2066700 | 2366330 | 2871800 | |||
Penting untuk sambungan prategang dalam bidang teknik.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
- Bahan apa saja yang dibutuhkan untuk kelas properti 8.8 dan 10.9 dalam GB/T 3098.23-2020?
- Baja paduan yang dipadamkan dan ditempa, dengan unsur paduan spesifik seperti Cr, Ni, Mo, atau V untuk memastikan kemampuan pengerasan. Batasan kimia mengontrol C, P, S, dan B untuk kinerja optimal.
- Bagaimana luas tegangan nominal A_s,nom dihitung?
- A_s,nom = (π/4) × [(d2 + d3)/2]², di mana d2 adalah diameter pitch dasar, d3 = d1 – H/6, d1 adalah diameter minor dasar, dan H adalah tinggi segitiga fundamental menurut GB/T 196 dan 192.
- Apa arti penting dari persyaratan martensit 90%?
- Hal ini memastikan kekuatan inti dan ketangguhan yang memadai pada pengencang berdiameter besar, mencegah kegagalan dini di bawah beban dengan mencapai struktur mikro yang seragam setelah pendinginan sebelum penemperan.
- Mengapa batas dekarburisasi ditentukan?
- Untuk menjaga kekuatan ulir dan ketahanan terhadap kelelahan; dekarburisasi yang berlebihan melunakkan permukaan, yang menyebabkan penurunan kapasitas beban dan potensi keretakan selama penggunaan.
- Apa perbedaan beban ulir halus dengan beban ulir kasar?
- Ulir halus memiliki area tegangan yang lebih besar untuk diameter nominal yang sama, sehingga menghasilkan beban tarik dan beban uji yang lebih tinggi, cocok untuk aplikasi yang membutuhkan penyesuaian yang lebih halus atau gaya penjepitan yang lebih tinggi.
- Suhu pengujian apa yang digunakan untuk energi tumbukan K_v?
- -20°C, dengan minimum 27 J untuk kedua kelas, untuk memverifikasi ketahanan suhu rendah di lingkungan seperti struktur luar ruangan atau iklim dingin.
