Zarys artykułu
Niniejszy artykuł przedstawia ustrukturyzowany przegląd normy GB/T 3098.7-2000, zoptymalizowany pod kątem przejrzystości i praktycznego zastosowania w inżynierii mechanicznej. Zarys treści zapewnia kompleksowe omówienie kluczowych aspektów:
- Wprowadzenie: Zakres i znaczenie normy.
- Materiały: Skład chemiczny i wytyczne produkcyjne.
- Właściwości mechaniczne i wydajnościowe: Szczegółowe wymagania obejmujące twardość, moment obrotowy i inne.
- Metody testowe: Procedury weryfikacji zgodności.
- Klucze dynamometryczne: Specyfikacje sprzętu testowego.
- Znakowanie: Wymagania dotyczące identyfikacji i etykietowania.
- FAQ: Często zadawane pytania i opinie ekspertów.
Wprowadzenie do normy GB/T 3098.7-2000
Norma GB/T 3098.7-2000 określa właściwości mechaniczne wkrętów samogwintujących stosowanych w elementach złącznych. Dotyczy ona wkrętów wykonanych ze stali do nawęglania, zapewniając niezawodność w zastosowaniach wymagających wysokiej wytrzymałości pod obciążeniami mechanicznymi. Norma ta jest niezbędna w takich branżach jak motoryzacja, budownictwo i maszyny, gdzie wkręty samogwintujące zapewniają bezpieczne mocowanie bez konieczności nawiercania gwintów.
Do kluczowych korzyści należą znormalizowane testy trwałości, odporności na uszkodzenia i kompatybilności z różnymi materiałami. Przestrzeganie tej normy minimalizuje ryzyko, takie jak kruchość wodorowa, i zapewnia stałą jakość produkcji. Aby zapewnić optymalne wykorzystanie, inżynierowie powinni uwzględniać te specyfikacje w procesach projektowania i kontroli jakości.
Przybory
Wkręty samogwintujące powinny być produkowane metodą kucia na zimno ze stali do nawęglania. Skład chemiczny podany w tabeli 1 ma charakter orientacyjny i umożliwia elastyczność przy jednoczesnym zachowaniu właściwości rdzenia. Jeśli zawartość boru jest kontrolowana poprzez dodanie tytanu i/lub aluminium, aby uczynić go nieskutecznym, bor może osiągnąć nawet 0,005%.
Wskazówki dotyczące wyboru materiałów:
- Upewnij się, że stal spełnia wymagania dotyczące zawartości węgla i manganu, aby uzyskać pożądaną hartowność.
- Unikaj zanieczyszczeń, które mogą negatywnie wpłynąć na utwardzanie powierzchniowe.
- Sprawdź skład za pomocą kadzi i przeanalizuj analizy pod kątem spójności partii.
Tabela 1: Skład chemiczny
| Analiza | Limity składu, % | |
|---|---|---|
| Węgiel | Mangan | |
| Chochla | 0.15~0.25 | 0.70~1.65 |
| Sprawdzać | 0.13~0.27 | 0.64~1.71 |
Właściwości mechaniczne i użytkowe
Norma określa wymagania mechaniczne i eksploatacyjne, a metody badań podano w tabeli 2. Aby spełnić te kryteria, śruby muszą zostać poddane utwardzaniu powierzchniowemu i odpuszczaniu w temperaturze co najmniej 340°C.
Tabela 2: Właściwości mechaniczne i eksploatacyjne
| Przedmiot własności | Wymagania techniczne (klauzula lub tabela) | Metoda testowa (klauzula) |
|---|---|---|
| Twardość rdzenia | 4.3 | 5.1 |
| Twardość powierzchni | 4.3 | 5.2 |
| Głębokość obudowy | 4.4, Tabela 4 | 5.3 |
| Wytrzymałość na skręcanie | 4.5, Tabela 3 | 5.4 |
| Zdrowie głowy | 4.6 | 5.5 |
| Test jazdy | 4.7, Tabela 3 | 5.6 |
| Kruchość wodorowa | 4.8 | 5.7 |
| Twardość rdzenia po odpuszczeniu | 4.9 | 5.8 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | 4.10, Tabela 3 | 5.9 |
Obróbka cieplna
Gotowe śruby wymagają hartowania powierzchniowego i odpuszczania w temperaturze nie niższej niż 340°C, zgodnie ze wszystkimi właściwościami podanymi w Tabeli 3. Proces ten zwiększa twardość powierzchni, zachowując jednocześnie wytrzymałość rdzenia, która jest kluczowa dla odporności na moment obrotowy.
Tabela 3: Wymagania mechaniczne i wydajnościowe
| Nominalna średnica gwintu (mm) | Minimalna wytrzymałość na skręcanie (N·m) | Maksymalny moment obrotowy napędu (N·m) | Minimalna wytrzymałość na rozciąganie (odniesienie) (N) |
|---|---|---|---|
| 2 | 0.5 | 0.3 | 1940 |
| 2.5 | 1.2 | 0.6 | 3150 |
| 3 | 2.1 | 1.1 | 4680 |
| 3.5 | 3.4 | 1.7 | 6300 |
| 4 | 4.9 | 2.5 | 8170 |
| 5 | 10 | 5 | 13200 |
| 6 | 17 | 8.5 | 18700 |
| 8 | 42 | 21 | 34000 |
| 10 | 85 | 43 | 53900 |
| 12 | 150 | 75 | 78400 |
Twardość
Twardość rdzenia powinna wynosić 290–370 HV10, przy minimalnej twardości powierzchniowej 450 HV0,3. Wartości te zapewniają równowagę między ciągliwością a odpornością na zużycie, co jest kluczowe w przypadku zastosowań samogwintujących.
Głębokość obudowy
Głębokość obudowy musi być zgodna z Tabelą 4, zapewniając odpowiednią warstwę utwardzoną dla momentu obrotowego i odporności na zużycie, bez nadmiernej kruchości.
Tabela 4: Głębokość przypadku
| Nominalna średnica gwintu (mm) | Głębokość koperty (mm) | |
|---|---|---|
| Min | Maksym | |
| 2, 2.5 | 0.04 | 0.12 |
| 3, 3.5 | 0.05 | 0.18 |
| 4, 5 | 0.1 | 0.25 |
| 6, 8 | 0.15 | 0.28 |
| 10, 12 | 0.15 | 0.32 |
Wytrzymałość na skręcanie
Wytrzymałość na skręcanie zgodnie z Tabelą 3; uszkodzenie nie może wystąpić w zaciśniętych gwintach. Test ten symuluje rzeczywiste naprężenia występujące podczas instalacji.
Zdrowie głowy
Brak pęknięć na połączeniu łba z trzonem, gdy powierzchnia podporowa odkształci się pod kątem 7°. Test uznaje się za kwalifikujący, nawet jeśli pęknięcie wystąpi przy pierwszym gwincie, pod warunkiem, że łeb pozostanie nienaruszony.
Zdolność do formowania gwintów
Śruby muszą tworzyć pasujące gwinty wewnętrzne bez trwałego odkształcenia, przy czym moment obrotowy nie może przekraczać wartości podanych w Tabeli 3. Uformowane gwinty muszą być dostosowane do gwintów zewnętrznych o tolerancji 6h GB/T 197 i wytrzymywać obciążenia klasy 8 zgodnie z normą GB/T 3098.2.
Odporność na kruchość wodorową
Śruby galwanizowane wymagają przeglądu procesu zgodnie z normą GB/T 3098.17 w celu kontroli kruchości wodorowej. Po galwanizacji należy przeprowadzić test odpędzania wodoru zgodnie z normą GB/T 5267. Zalecane są nieelektrolityczne powłoki cynkowe płatkowe zgodnie z normą ISO 10683.
Twardość rdzenia po odpuszczeniu
Spadek twardości po odpuszczeniu nie powinien przekroczyć 20 HV, co zapewni stabilność eksploatacji.
Wytrzymałość na rozciąganie
W przypadku śrub ≥12 mm lub ≥3d próba rozciągania po uzgodnieniu; wartości odniesienia podane w Tabeli 3 określają oczekiwaną wydajność.
Metody testowe
Badanie twardości rdzenia
Zmierz odległość w połowie promienia na przekroju poprzecznym od końca, przez średnicę mniejszą, zgodnie z normą GB/T 4340.1. To weryfikuje wytrzymałość wewnętrzną.
Badanie twardości powierzchni
Rutynowo: Na końcu, trzonku lub główce zgodnie z normą GB/T 4340.1 po usunięciu powłoki. Arbitraż: Mikrotwardość Vickersa HV0.1 na profilu o średnicy ≥4 mm, ≥0,05 mm od krawędzi; negocjować dla <4 mm.
Test głębokości sprawy
Odległość od powierzchni do punktu, w którym twardość = rdzeń +30 HV0,3; arbitraż wykorzystuje mikrotwardość HV0,3 na przygotowanej próbce metalograficznej.
Badanie wytrzymałości na skręcanie
Zacisnąć próbkę z ≥2 pełnymi gwintami w uchwycie, ≥2 odsłoniętymi; stosować moment dokręcania aż do zerwania, zapisać wartość zgodnie z Tabelą 3.
Badanie trzeźwości głowy
Włożyć klin o średnicy otworu = nominalnej +0,05 mm (≤M6) lub +0,1 mm (>M6~M12); zastosować obciążenie osiowe do odkształcenia 7°. Nie nadaje się do łbów stożkowych. W razie potrzeby użyć młotka.
Test jazdy
Wbić w płytę testową (stal niskowęglowa, 140~180 HV30, grubość = średnica nominalna, otwór zgodnie z Tabelą 5), aż do wysunięcia ≥1 gwintu. Początkowa siła osiowa ≤50 N (≤M5) lub ≤100 N (>M5); prędkość ≤30 obr./min dla uzyskania arbitrażu. W razie potrzeby dodać środek smarny.
Tabela 5: Grubość płyty testowej i średnice otworów
| Nominalna średnica gwintu (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Grubość (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
| Średnica otworu (mm) | Maksym | 1.825 | 2.275 | 2.775 | 3.18 | 3.68 | 4.53 | 5.43 | 7.336 | 9.236 | 11.143 |
| Min | 1.8 | 2.25 | 2.75 | 3.15 | 3.65 | 4.5 | 5.4 | 7.3 | 9.2 | 11.1 | |
Uwaga: Tolerancja grubości blachy testowej zgodnie z normą GB/T 709 dla blach stalowych walcowanych.
Badanie kruchości wodorowej
Zgodnie z normą GB/T 3098.17, do oceny kontroli procesu zastosowano metodę wsparcia równoległego.
Test ponownego hartowania
W temperaturze 330°C przez 1 godzinę; średnia z trzech punktów twardości rdzenia różni się o ≤20 HV przed i po. Tylko do celów arbitrażowych.
Próba rozciągania
Zacisk z odsłoniętymi ≥6 gwintami; przykładać obciążenie osiowe ≤25 mm/min aż do zniszczenia. Uszkodzenie dotyczy trzonu lub gwintu, a nie połączenia główki; wymagane są uchwyty samocentrujące.
Klucze dynamometryczne
W przypadku testów skręcania i wkręcania, błąd ≤±3% określonego momentu obrotowego. Dozwolone są urządzenia o równoważnym zasilaniu; instrukcja obsługi do arbitrażu. Kalibracja zapewnia dokładną ocenę pracy śruby pod obciążeniem.
Cechowanie
Kod znakowania
Wkręty samogwintujące hartowane i utwardzane powierzchniowo oznaczone symbolem „-O-”.
Identyfikacja
W przypadku łbów sześciokątnych lub sześciobocznych o średnicy nominalnej ≥5 mm wymagane jest wgłębienie lub wypukłe oznaczenie, najlepiej na łbie. Inne typy po uzgodnieniu.
Znak identyfikacyjny producenta
Obowiązkowe dla wszystkich oznakowanych produktów, zapewniające identyfikowalność i gwarancję jakości.
Często zadawane pytania
- Jaki jest cel utwardzania powierzchniowego w przypadku wkrętów samogwintujących?
Utwardzanie powierzchniowe zapewnia twardą powierzchnię do formowania gwintu i odporność na zużycie, a jednocześnie zachowuje ciągliwość rdzenia, co zapobiega kruchemu pękaniu pod wpływem momentu obrotowego lub rozciągania, zgodnie ze specyfikacją zawartą w punktach 4.2 i 4.3. - W jaki sposób można ograniczyć kruchość wodorową w śrubach galwanizowanych?
Wdrożyć kontrole procesu zgodnie z normą GB/T 3098.17, przeprowadzić usuwanie wodoru po galwanizacji zgodnie z normą GB/T 5267 i rozważyć zastosowanie powłok nieelektrolitycznych, takich jak płatki cynku zgodnie z normą ISO 10683, aby ograniczyć ryzyko. - Co się stanie, jeśli śruba nie przejdzie testu wytrzymałości na skręcanie w miejscu zaciskania?
Uszkodzenie zaciśniętych gwintów powoduje unieważnienie testu. Należy zapewnić właściwe mocowanie z co najmniej dwoma zaciśniętymi i odsłoniętymi gwintami, zgodnie z punktem 5.4, aby dokładnie ocenić wytrzymałość materiału. - Czy próby rozciągania są obowiązkowe dla wszystkich wkrętów samogwintujących?
Nie, tylko dla długości ≥12 mm lub ≥3d zgodnie z umową dostawca-kupujący; wartości w tabeli 3 mają charakter odniesienia, podkreślając właściwości skrętne i napędowe jako podstawowe parametry. - Jak głębokość łuski wpływa na wydajność śruby?
Niewystarczająca głębokość może prowadzić do przedwczesnego zużycia lub uszkodzenia gwintu, natomiast nadmierna głębokość zwiększa kruchość; należy przestrzegać ograniczeń podanych w Tabeli 4, aby uzyskać zrównoważone właściwości w zastosowaniach takich jak zespoły stalowe. - Jaki sprzęt jest zalecany do testów arbitrażowych?
Do testów skręcania i wkręcania należy używać ręcznych kluczy dynamometrycznych o dokładności ±3%, a do pomiaru mikrotwardości Vickersa – powierzchni i głębokości warstwy wierzchniej, co gwarantuje obiektywne i precyzyjne wyniki.
