導入
本稿では、GB/T 3098.11-2002に規定されているセルフドリリングタッピングねじの機械的性能基準について詳しく解説します。これらの基準は、材料、冶金特性、機械的性能を網羅し、締結用途におけるセルフドリリングねじの信頼性と機能性を保証するものです。セルフドリリングねじは、下穴加工なしで自ら穴を開け、相手側のねじ山を形成するように設計されているため、建設、自動車、製造業において不可欠な部品となっています。
技術要件
1.1 材料
セルフドリリングタッピングねじは、穴あけおよびタッピング作業に必要な硬度と耐久性を確保するために、浸炭鋼または熱処理鋼から製造されなければならない。
1.2 冶金学的特性
1.2.1 表面硬度
熱処理後、セルフドリリングタッピングねじの表面硬度は530 HV0.3以上でなければならない。
1.2.2 コア硬度
処理後の芯部の硬度は以下のとおりとする。
- ねじサイズがST4.2以下の場合は、320 HV5～400 HV5。
- ねじサイズがST4.2を超える場合は、320 HV10～400 HV10。
推奨される最低焼戻し温度は330℃です。焼戻しマルテンサイトの脆化リスクを最小限に抑えるため、275℃～315℃の焼戻し温度は避けてください。
1.2.3 浸炭層の深さ
浸炭層の深さは、表1の値に準拠しなければならない。
| ねじサイズ | 最小 | 最大 |
|---|---|---|
| ST2.9とST3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST4.2～ST5.5 | 0.10 | 0.23 |
| ST6.3 | 0.15 | 0.28 |
1.2.4 微細構造
熱処理後の微細構造において、表面硬化層と中心部との間に縞状フェライトは出現してはならない。
1.2.5 水素脆化
電気めっきされたセルフドリリングタッピングねじは、水素脆化により破損する危険性があります。製造業者および／またはめっき業者は、GB/T 3098.17に基づく試験を含む対策を講じて、この危険性を管理しなければなりません。また、GB/T 5267.1に基づく電気めっき締結部品の水素脆化防止に関する要件も考慮する必要があります。
1.3 機械的特性
1.3.1 掘削性能
ねじの穴あけ部は、2.2.1項に規定された試験条件下で、相手側の内ねじを押し出すのに適した予め加工された穴を開けるものとする。
1.3.2 ねじ成形性能
2.2.1項に従ってあらかじめ開けられた穴において、セルフドリリングタッピングねじは、2.2.1.1項に規定された試験板にねじ込まれたときに、変形することなく相手側の内ねじを押し出すものとする。
1.3.3 ねじり強度
セクション2.2.3に従ってテストした場合、ねじり強度は、破壊トルクが表4の値以上であることを保証しなければならない。
試験方法
2.1 冶金学的特性試験
2.1.1 表面硬度試験
表面硬度試験はGB/T 4340.1に従って実施する。圧痕は平面、好ましくはねじ頭に付ける。
2.1.2 コア硬度試験
コア硬度試験は、GB/T 4340.1に従って横断面の微細断面に対して実施するものとする。
2.1.3 浸炭層深さの測定
浸炭層の深さは、ねじ山頂部とねじ底部の中間にある側面の縦断面、またはST4.2以下のねじの場合はねじ底部において、顕微鏡を用いて測定する。判定には、ねじ山形状に対して300gの試験力でマイクロビッカース硬さを測定し、芯部の硬さを30HV超える点から深さを算出する。
2.1.4 微細構造試験
微細構造試験は、関連する金属組織検査規格に従って実施するものとする。
2.2 機械的特性試験
2.2.1 穴あけおよびねじ切り試験
2.2.1.1 試験装置
試験板は、炭素含有量が0.23%以下、硬度が110HV30～165HV30の低炭素鋼（GB/T 4340.1準拠）とする。板厚は表2に準拠する。試験装置の概略図を図1に示す（図は省略。詳細は規格を参照）。
| ねじサイズ | 試験板の厚さ（mm） | 軸方向力（N） | 最大ねじ締め時間（秒） | 負荷時のねじ回転速度（回転/分） |
|---|---|---|---|---|
| ST2.9 | 0.7 + 0.7 = 1.4 | 150 | 3 | 1800年～2500年 |
| ST3.5 | 1 + 1 = 2 | 150 | 4 | 1800年～2500年 |
| ST4.2 | 1.5 + 1.5 = 3 | 250 | 5 | 1800年～2500年 |
| ST4.8 | 2 + 2 = 4 | 250 | 7 | 1800年～2500年 |
| ST5.5 | 2 + 3 = 5 | 350 | 11 | 1000年～1800年 |
| ST6.3 | 2 + 3 = 5 | 350 | 13 | 1000年～1800年 |
注：試験板の厚さは、2枚の鋼板で構成される場合があります。これらの値は、受入検査のみを目的としています。
2.2.1.2 試験手順
用途に応じて、コーティングされたネジまたはコーティングされていないネジを、ねじ山が1つ完全に貫通するまで試験板にねじ込みます。表2の軸方向力とねじ速度は、穴あけとねじ切り両方に適用されます。
2.2.2 掘削検査
合意により、穴あけ検査を実施できます。試験板は2.2.1.1に従い、厚さは表3に従います。位置決めポイントを事前にパンチします。穴あけ後、最大穴径は表3の制限を超えないようにしてください。図2の治具（図示せず、規格を参照）は図1を補足するもので、スリーブの内径はねじの主径より約0.25 mm大きくなっています。スリーブの長さにより、ドリルポイントが伸びます。表2の軸方向力は取り付けの目安となります。これを超えると、ドリルポイントの破損や過熱の原因となる可能性があります。
| ねじサイズ | 板厚 | 最小穴径 | 最大穴径 |
|---|---|---|---|
| ST2.9 | 1 | 2.2 | 2.5 |
| ST3.5 | 1 | 2.7 | 3 |
| ST4.2 | 2 | 3.2 | 3.6 |
| ST4.8 | 2 | 3.7 | 4.2 |
| ST5.5 | 2 | 4.2 | 4.8 |
| ST6.3 | 2 | 4.8 | 5.4 |
2.2.3 トルクテスト
ねじを、クランプ部分を損傷しないように、適合するねじ分割ダイまたは装置にクランプします。装置の例は図 3 に示されています (図示されていません。規格を参照してください)。クランプ後、少なくとも 2 本のねじ山が装置から突き出ており、少なくとも 2 本のねじ山 (ドリル先端を除く) がしっかりとクランプされていることを確認します。短いねじの場合は、ヘッドに力を加えずにねじ山全体をクランプします。校正済みの装置を使用して、破断するまでトルクを加えます。ねじは、表 4 の破断トルク (単位: N·m) を満たす必要があります。
| ねじサイズ | 最小 |
|---|---|
| ST2.9 | 1.5 |
| ST3.5 | 2.8 |
| ST4.2 | 4.7 |
| ST4.8 | 6.9 |
| ST5.5 | 10.4 |
| ST6.3 | 16.9 |
トルク試験においては、トルクレンチの測定誤差は規定値の±3%以内でなければならない。同等の精度を有する電動装置を使用してもよい。仲裁においては、手動トルクレンチを使用する。
よくある質問
- GB/T 3098.11-2002規格に基づくセルフドリリングタッピングねじに必要な材料は何ですか？
- 規定の硬度と性能を達成するためには、浸炭鋼または熱処理鋼で製造されなければならない。
- 電気めっきされたねじにおける水素脆化はどのように抑制されるのか？
- 製造業者およびめっき業者は、GB/T 3098.17に基づく試験の実施や、水素除去に関するGB/T 5267.1の検討など、破損リスクを防止するための措置を実施しなければならない。
- これらのネジに必要な最小表面硬度はどれくらいですか？
- 熱処理後の表面硬度は、少なくとも530 HV0.3でなければならない。
- 特定の焼き戻し温度を避けるべき理由は？
- 275℃～315℃での焼き戻しは、焼き戻しマルテンサイトの脆化リスクを高めるため、最低でも330℃での焼き戻しを推奨します。
- ST4.8ネジのねじり強度要件は何ですか？
- 規定された試験方法に従って試験した場合、最小破壊トルクは6.9 N・mである。
- 仲裁において、浸炭層の深さはどのように測定されますか？
- ねじ山の形状に対して、300gの力でマイクロビッカース硬度測定を行い、硬度が芯部の硬度を30HV上回る点から測定を開始する。
