GB/T 3098.26-2021: Proprietà degli elementi di fissaggio – Rondelle piane

La presente norma specifica le proprietà meccaniche e fisiche delle rondelle piane realizzate in acciaio al carbonio o acciaio legato, destinate all'uso in collegamenti bullonati con bulloni, viti, prigionieri e dadi conformi alle classi di prestazione definite nelle norme GB/T 3098.1 e GB/T 3098.2. Tali proprietà vengono testate a temperature ambiente comprese tra 10 °C e 35 °C.

Nota 1: Queste rondelle piane possono essere utilizzate anche con altri elementi di fissaggio, come le viti autofilettanti.

Le rondelle piane conformi ai requisiti della presente norma nelle condizioni di prova specificate potrebbero non mantenere le proprie proprietà meccaniche e fisiche ad alte e/o basse temperature. Nota 2: Le rondelle piane conformi al presente documento sono adatte per temperature di esercizio da -50 °C a +150 °C. Per temperature superiori a -50 °C e fino a +300 °C, si consiglia agli utenti di consultare esperti del settore.

Il presente documento si applica alle rondelle piane e alle rondelle per assemblaggi realizzate in acciaio al carbonio o acciaio legato con spessori da 0,2 mm a 12 mm, tra cui:

• Rondelle lisce (con o senza motivi, nervature o smussi).
• Rondelle piane quadrate.
• Rondelle piane con foro quadrato.
• Rondelle piane di forma speciale.

La presente norma non specifica i requisiti per:

• Resistenza alla corrosione.
• Saldabilità.

L'ambito di applicazione sottolinea l'importanza della selezione dei materiali e delle condizioni di prova per garantire l'affidabilità degli assemblaggi di elementi di fissaggio. Ad esempio, nelle applicazioni che prevedono temperature estreme, è necessario valutare ulteriori considerazioni come la dilatazione termica e il degrado del materiale. Questa norma si integra con altri documenti della serie GB/T per fornire un quadro olistico per le prestazioni degli elementi di fissaggio, garantendo compatibilità e sicurezza nelle applicazioni di ingegneria meccanica. Limitando l'intervallo di spessore, si concentra sugli usi industriali comuni, consentendo al contempo estensioni tramite accordi. I professionisti devono tenere presente che per ambienti specializzati, come quello marino o aerospaziale, potrebbero essere necessari standard supplementari per la corrosione. Nel complesso, questo ambito di applicazione garantisce che le rondelle piane contribuiscano efficacemente alla distribuzione del carico e alla resistenza alle vibrazioni nei giunti bullonati, prevenendo guasti come allentamento o fatica del materiale. L'esclusione della corrosione e della saldabilità evidenzia la necessità di una progettazione di sistema integrata in cui questi aspetti siano affrontati separatamente. In pratica, gli ingegneri spesso combinano questa norma con standard come GB/T 5267.3 per la zincatura a caldo per migliorarne la durata. Questo approccio completo aiuta a selezionare le rondelle che ottimizzano le prestazioni dell'assemblaggio, riducendo i costi di manutenzione e migliorando l'integrità strutturale. Inoltre, le linee guida sulla temperatura impediscono un uso improprio in scenari ad alta temperatura, dove potrebbero essere preferibili materiali alternativi come l'acciaio inossidabile. L'attenzione del documento sugli acciai al carbonio e legati bilancia l'efficacia in termini di costi con la resistenza meccanica, rendendolo adatto ai settori automobilistico, edile e meccanico. Aderendo a questi parametri, i produttori possono realizzare prodotti uniformi che soddisfino gli standard internazionali, facilitando il commercio globale e la standardizzazione.

Simboli

Nel presente documento vengono utilizzati i seguenti simboli:

• d₁: Diametro interno del foro passante, in millimetri (mm).
• d₂: Diametro esterno, in millimetri (mm).
• F: Carico, in newton (N).
• G: Profondità totale dello strato di decarburazione, in millimetri (mm).
• r: Raggio di contatto tra le parti di supporto e di pressione, in millimetri (mm).
• t: Spessore nominale della rondella piana, in millimetri (mm).
• t_eff: Spessore effettivo della rondella piana, in millimetri (mm).
• α: Angolo di contatto tra le parti di supporto e di pressione, in gradi (°).

Questi simboli standardizzano la comunicazione nella documentazione tecnica, garantendo precisione nella progettazione e nei test. Ad esempio, d₁ e d₂ sono fondamentali per la compatibilità dimensionale con i bulloni, prevenendo disallineamenti che potrebbero causare guasti di assemblaggio. Il carico F è essenziale nei test prestazionali, in quanto simula le sollecitazioni reali. La profondità di decarburazione G è correlata all'integrità superficiale, poiché una decarburazione eccessiva può indebolire la rondella. Il raggio r e l'angolo α vengono utilizzati nelle configurazioni di prova per replicare accuratamente le condizioni di contatto. I parametri di spessore t e t_eff tengono conto delle variazioni di produzione, influenzando la capacità portante. Nella pratica ingegneristica, questi simboli facilitano i calcoli per la distribuzione delle sollecitazioni, dove le rondelle contribuiscono a distribuire uniformemente le forze sulle superfici di giunzione. Comprendere queste notazioni è fondamentale per interpretare i risultati dei test e garantire la conformità. Sono allineate agli standard internazionali, promuovendo l'interoperabilità. I ​​professionisti dovrebbero utilizzarle in modo coerente per evitare errori nelle specifiche. Ad esempio, nell'analisi agli elementi finiti, questi parametri inseriti nei modelli prevedono il comportamento della rondella sotto carico. Questa simbologia migliora l'usabilità del documento, consentendo una rapida consultazione durante i processi di controllo qualità. Definendoli fin dalle prime fasi, lo standard pone le basi per le sezioni successive relative a materiali e prove.

Sistema di designazione

La classe di prestazione delle rondelle piane è costituita da un numero e un simbolo:

• Il numero indica il valore minimo di durezza Vickers (vedere Tabella 3).
• Le lettere HV indicano la durezza Vickers.

Esempio: una rondella piana in acciaio con una durezza Vickers minima di 200, come indicato nella Tabella 3, è designata come 200 HV.

Se conforme alle Tabelle 2 e 3, questo sistema di designazione può essere applicato anche a specifiche che vanno oltre gli spessori standard. Sebbene siano specificate diverse classi di prestazione, non tutte sono adatte a ogni gruppo di bulloni, dadi e rondelle. Le combinazioni di classi di prestazione delle rondelle piane con bulloni, viti, prigionieri e dadi sono mostrate nella Tabella 1.

RC: Combinazione consigliata.
^UN Le classi 200 HV e 300 HV sono applicate negli standard di prodotto per gli assemblaggi di bulloni e rondelle, secondo GB/T 9074.1 e GB/T 97.4.
^b La tensione di 380 HV non è prevista dagli standard di prodotto attuali; il suo utilizzo richiede un accordo tra fornitore e acquirente.
^c Per 380 HV, la progettazione del collegamento dei bulloni deve prevenire flessioni e sollecitazioni di trazione nelle rondelle, in particolare quelle scanalate o svasate.
^d Le combinazioni indicate nella nota a piè di pagina d possono essere utilizzate se la progettazione del collegamento e l'installazione sono state verificate.
^e Le combinazioni indicate sopra la linea tratteggiata in grassetto sono utilizzabili per collegamenti bullonati.
^f Le combinazioni al di sotto della linea tratteggiata in grassetto (aree grigie) non devono essere utilizzate.

Per le viti autofilettanti e le viti che collegano materiali morbidi (ad esempio, plastica, legno), le combinazioni con le classi di prestazione delle rondelle piane devono essere determinate in base all'uso previsto.

Questo sistema di designazione garantisce tracciabilità e compatibilità negli assemblaggi, elementi fondamentali per la sicurezza. Collegando la durezza alle classi di prestazione, consente agli ingegneri di selezionare rondelle che corrispondano alla resistenza dei bulloni, evitando specifiche insufficienti o eccessive. Le raccomandazioni della Tabella 1 prevengono incompatibilità che potrebbero causare guasti come spanature o crepe. Nelle applicazioni con carichi elevati, come i ponti, le classi superiori come la 380 HV offrono una resistenza maggiore, ma richiedono una progettazione accurata per mitigare i rischi di infragilimento da idrogeno (vedere GB/Z 41117). La flessibilità del sistema per spessori non standard supporta applicazioni personalizzate. Nel complesso, promuove la standardizzazione, riducendo gli errori in fase di approvvigionamento e assemblaggio.

Materiali

La Tabella 2 specifica i limiti di composizione chimica per l'acciaio al carbonio e l'acciaio legato utilizzati nelle rondelle piane di diverse classi di prestazione. Tali composizioni devono essere conformi alle norme nazionali pertinenti.

Nota: L'acciaio legato comprende l'acciaio per molle e l'acciaio per molle legato adatto per rondelle piane.

Per le rondelle che richiedono zincatura a caldo, i materiali devono soddisfare i requisiti della norma GB/T 5267.3. Se gli assemblaggi vengono temprati e rinvenuti nel loro complesso, possono essere fornite rondelle non trattate; in tali casi, la composizione chimica secondo la norma GB/T 9074.1 è da concordare.

Per gli assemblaggi di viti autofilettanti con superficie temprata secondo GB/T 97.5, il contenuto di carbonio delle rondelle non deve superare 0,12%. Ogni lotto di produzione deve utilizzare materiale proveniente dalla stessa colata.

NA: Non applicabile.
^UN In caso di controversie, eseguire un'analisi del prodotto.
^b Per le rondelle di assemblaggio, vedere GB/T 9074.1 o GB/T 97.4; composizione e temperatura di rinvenimento da concordare.
^c Per applicazioni speciali (ad esempio, zincatura a caldo), composizione e temperatura di rinvenimento da concordare.
^d Contenuto massimo di boro 0,003%, fino a 0,005% se il boro non efficace è controllato da titanio/alluminio.
^e Le rondelle HV 200 possono utilizzare materie prime idonee oppure essere temprate e rinvenute dopo la produzione; processo eseguito dal produttore se soddisfano i requisiti della Tabella 3.
^f I materiali devono avere una temprabilità sufficiente per la martensite ~90% nel nucleo prima del rinvenimento.
^g L'acciaio al carbonio può contenere cromo, manganese, nichel, ecc.
^h Gli acciai legati contengono almeno un elemento tra i seguenti: Cr 0,30%, Mn 0,20%, Ni 0,30%, V 0,10%, Mo 0,08%, B 0,0008%. Per le combinazioni, il totale dei minimi individuali deve essere di almeno 70%.
^io Per informazioni sulla fragilità da idrogeno, consultare la norma GB/Z 41117.

Le specifiche dei materiali garantiscono che le rondelle raggiungano la durezza e la durata richieste. I limiti di carbonio controllano la resistenza, mentre i bassi valori di P e S minimizzano la fragilità. Gli elementi di lega migliorano la temprabilità per le classi superiori. Le temperature di rinvenimento impediscono l'eccessivo indurimento, riducendo il rischio di cricche. Questa sezione guida i produttori nella selezione degli acciai per prestazioni costanti, fondamentali in settori come quello automobilistico, dove la resistenza alle vibrazioni è essenziale. La conformità alle norme correlate garantisce la compatibilità con la zincatura, evitando problemi come il distacco del rivestimento.

Proprietà meccaniche e fisiche

Le rondelle piane delle classi di prestazione specificate devono soddisfare le proprietà meccaniche e fisiche indicate nella Tabella 3 a temperatura ambiente, sia che vengano testate durante la produzione o durante il collaudo finale.

Il capitolo 6 fornisce i metodi di prova applicabili e le procedure di arbitrato per verificare la conformità alla Tabella 3. Per le rondelle di classe 380 HV, è richiesto il test di duttilità secondo l'Allegato A, ove specificato.

^UN 380 HV non rientra negli standard di prodotto attuali; l'utilizzo è soggetto ad accordo.
^b Il superamento del valore massimo di 250 HV non costituisce motivo di rifiuto.
^c Per rondelle zigrinate o scanalate, i limiti sono gli stessi di 380 HV.
^d Misurata secondo il punto 6.2.3 sulla sezione trasversale; durezza a 0,1 mm dalla superficie di supporto ≥ durezza centrale – 30 HV.
^e Quello più piccolo.
^f Misurata secondo 6.3 sulla sezione trasversale; durezza a 0,1 mm dalla superficie di supporto ≤ durezza centrale + 30 HV.

Queste proprietà garantiscono che le rondelle resistano ai carichi di compressione senza deformarsi o rompersi. Gli intervalli di durezza bilanciano resistenza e duttilità, prevenendo le fessurazioni. I controlli di decarburazione e carburazione mantengono l'integrità superficiale, fondamentale per la resistenza alla corrosione nelle rondelle rivestite. I limiti di ritempra verificano l'adeguatezza del trattamento termico. Nelle applicazioni, queste specifiche garantiscono giunzioni affidabili, ad esempio nei macchinari dove le vibrazioni potrebbero allentare i collegamenti. I test di conformità secondo il Capitolo 6 garantiscono la qualità.

Metodi di prova

Prova di durezza

Generale

La prova di durezza ha lo scopo di verificare la conformità ai valori min/max della Tabella 3 e ai requisiti del materiale per le rondelle temprate e rinvenute. Applicabile a tutte le classi, testate nello stato di fornitura, ad eccezione di quelle trattate dopo l'assemblaggio.

Eseguire su superfici o sezioni trasversali idonee secondo la Tabella 4.

^UN Per 200 HV temprati e rinvenuti su richiesta, la prova della sezione trasversale è soggetta ad arbitrato in caso di controversia.

Durezza Vickers sulla superficie

Selezionare il carico di prova in base alla classe e allo spessore come indicato nella Figura 1. Utilizzare il carico Rockwell se non è disponibile un carico Vickers adeguato.

Esempio: per una rondella da 300 HV con spessore di 0,3 mm, utilizzare HV5.

 Durezza Rockwell sulla superficie

Selezionare il carico come indicato nella Figura 2 in base alla classe e allo spessore. Utilizzare il carico Vickers se non è disponibile un carico Rockwell adeguato.

Esempio: per una rondella da 380 HV con spessore di 0,5 mm, utilizzare 294 N (HR30N).

Procedura di prova

Rimuovere rivestimenti/ossidi, eseguire la prova a metà raggio sulla superficie di supporto. Per la zincatura, rimuovere lo strato di transizione. Calcolare la media di tre letture a 120° se le dimensioni lo consentono.

Requisiti per 100 HV, 140 HV, 200 HV

Procedura di routine: secondo 6.1.2, soddisfare la Tabella 3. Arbitrato: Vickers secondo la Figura 1; per t_eff > 0,5 mm, carico inferiore ≥ HV1.

Requisiti per 300 HV, 380 HV

Procedura ordinaria: secondo il punto 6.1.2, si applicano le disposizioni della Tabella 3. Arbitrato: sezione trasversale secondo il punto 6.1.3.

Prova di durezza della sezione trasversale radiale

Generale

Secondo GB/T 4340.1, Vickers per rondelle temprate e rinvenute.

Procedura

Eseguire una sezione radiale attraverso il centro del foro, inglobare/montare, levigare/lucidare per l'analisi metallografica. Eseguire il test a metà sezione come indicato nella Figura 3; se possibile, calcolare la media di almeno tre punti.

1: Area di prova (raggio 0,25 t_eff).

Requisiti

Consultare la Tabella 3. Se la differenza è > 30 HV nel raggio 0,25 t_eff, verificare la martensite ~90% secondo la Tabella 2.

Test di decarburazione

Generale

Rileva la decarburazione superficiale per 300 rondelle zigrinate/a coste HV e per tutte le 380 rondelle HV. Aree come da Figura 4.

1: Superficie di supporto; 2: Strato di decarbossilazione totale; 3: Strato di decarbossilazione parziale; 4: Metallo di base; x: Nessuna area di prova.

Metodo metallografico

Preparazione del campione

Rimuovere i rivestimenti, prelevare una sezione radiale, inglobare/montare, levigare/lucidare. Nota: incidere con nital 3% per evidenziare le modifiche.

Procedura

Esaminare con un ingrandimento di 100x; misurare con la scala o con l'oculare.

Requisiti

Valore massimo di G secondo la Tabella 3.

Metodo di durezza

Preparazione del campione

Per t ≥ 0,4 mm; preparare secondo il punto 6.2.2.1 senza mordenzatura.

Procedura

Misurare i punti 1 e 2 come da Figura 5 con HV0.3 (2,942 N).

Nessuna decarbossilazione: HV(2) > HV(1) – 30 HV; Nessuna carbonazione: HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV. 1: Centro; 2: 0,1 mm dalla superficie.

Requisiti

HV(2) ≥ HV(1) – 30 HV. Nota: non per il valore massimo di G secondo la Tabella 3.

Test di carburazione

Generale

Rileva la carburazione superficiale durante il trattamento termico per rondelle zigrinate/nervate in acciaio inox 300 HV e tutte le rondelle in acciaio inox 380 HV, con spessore t ≥ 0,4 mm. Misurata sulla durezza della sezione trasversale radiale.

Procedura

Preparare secondo il punto 6.2.2.1 senza incisione; misurare secondo la Figura 5 con HV0.3.

Requisiti

HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV. Il superamento di tale valore indica carburazione. Inoltre, la superficie di supporto ≤ 370 HV0.3 per 300 HV, ≤ 450 HV0.3 per 380 HV secondo la Tabella 3.

Prova di ritemperatura

Generale

Verifica la temperatura minima di rinvenimento nel trattamento termico per le rondelle da 300 HV e 380 HV.

Procedura

Misurare la durezza Vickers nell'area della Figura 3 (tre punti). Ritemperare a 10 °C al di sotto della Tabella 2 min, mantenere per 30 min; ripetere la misurazione nella stessa area.

Requisiti

Riduzione media della durezza < 20 HV dopo la ritempra.

I metodi di prova garantiscono la qualità delle rondelle attraverso procedure standardizzate, fondamentali per l'affidabilità. Le prove di durezza confermano la resistenza del materiale, mentre i controlli di decarburazione/carburazione prevengono la formazione di punti deboli sulla superficie. Il rinvenimento convalida il trattamento termico, evitando la fragilità. Questi metodi sono conformi alle pratiche internazionali, consentendo una produzione costante.

Marcatura

Generale

Le rondelle prodotte secondo il presente documento possono essere contrassegnate secondo il Capitolo 3 solo se pienamente conformi.

Marcatura della rondella

Per decisione o accordo con il produttore; in caso di accordo, includere l'ID del produttore e la classe di prestazione. I distributori che utilizzano un proprio ID sono considerati produttori. Non sono ammesse marcature in rilievo; le marcature incassate non sono raccomandate a causa degli effetti di serraggio della coppia o delle concentrazioni di stress. Utilizzare metodi durevoli come il laser. Indicare la classe secondo il codice della Tabella 5 o i simboli del quadrante dell'orologio.

Marcatura della confezione

Tutte le confezioni devono essere etichettate con l'ID del produttore/venditore, la classe di prestazione secondo il Capitolo 3 e il numero di lotto secondo la norma GB/T 3099.4.

La marcatura garantisce la tracciabilità, essenziale per il controllo qualità e la responsabilità. Previene la contraffazione dei prodotti e facilita i richiami. Nelle catene di approvvigionamento, una corretta marcatura agevola la gestione delle scorte e la verifica della conformità.

Allegato A: Prova di duttilità per rondelle di classe di prestazioni 380 HV

A.1 Generale

Determina se le rondelle si sono indurite durante il processo di fabbricazione. Applicabile su richiesta del cliente, alle rondelle finite, inclusi i rivestimenti.

A.2 Procedura di prova

Utilizzare supporto e penetratore con angolo α in base allo spessore; durezza minima 60 HRC, superfici rettificate. Per rondelle rotonde concentriche, utilizzare contatti conici come da Figura A.1. Per le altre, contatti a V come da Figura A.2. Posizionare la rondella nel dispositivo; smontare prima gli assemblaggi. Allineare gli assi. Applicare un carico assiale costante fino al contatto completo; mantenere per 2 minuti, rimuovere il carico.

A.3 Requisiti

Nessuna frattura. In caso di danneggiamento, tagliare in corrispondenza della frattura; la separazione in due parti indica una rottura.

Questo allegato verifica la duttilità delle rondelle ad alta durezza, prevenendo rotture fragili durante l'utilizzo. È fondamentale per le applicazioni critiche per la sicurezza, in quanto garantisce che le rondelle si deformino senza rompersi sotto carico.

Domande frequenti

1. Qual è l'intervallo di temperatura adatto per le rondelle piane secondo questa norma? La temperatura di esercizio consigliata è compresa tra -50 °C e +150 °C. Per temperature estreme fino a +300 °C, consultare degli esperti per valutare il mantenimento delle proprietà.
2. Come faccio a selezionare la classe di prestazione appropriata per il mio gruppo di bulloni? Fare riferimento alla Tabella 1 per le combinazioni raccomandate (RC). Evitare le zone grigie per prevenire incompatibilità che potrebbero portare al cedimento del giunto; verificare il progetto se si utilizzano le combinazioni indicate nella nota a piè di pagina d).
3. E se le mie rondelle avessero bisogno di zincatura a caldo? I materiali devono essere conformi alla norma GB/T 5267.3. La composizione chimica e il trattamento termico possono richiedere un accordo tra fornitore e acquirente per applicazioni speciali.
4. Perché il test di decarburazione è importante per le classi di prestazioni superiori? Un'eccessiva decarburazione indebolisce la superficie, aumentando il rischio di rottura sotto carico. I test garantiscono il rispetto dei limiti indicati nella Tabella 3, preservando l'integrità soprattutto per le rondelle 380 HV.
5. Posso utilizzare 380 rondelle HV senza autorizzazione? No, perché non sono previsti dagli attuali standard di prodotto. Il loro utilizzo richiede un protocollo specifico, con accorgimenti progettuali per evitare flessioni o sollecitazioni di trazione.
6. In che modo il test di ritempra conferma la qualità del trattamento termico? Questo test verifica se la riduzione di durezza dopo un ulteriore trattamento termico è ≤20 HV, controllando che il processo originale abbia rispettato le temperature minime indicate nella Tabella 2, prevenendo così la fragilità.