Sumário do artigo
Este artigo fornece uma visão geral estruturada da norma GB/T 3098.7-2000, otimizada para clareza e aplicação prática em engenharia mecânica. O resumo garante uma cobertura abrangente dos principais aspectos:
- Introdução: Âmbito e importância da norma.
- Materiais: Composição química e diretrizes de fabricação.
- Propriedades mecânicas e de desempenho: Requisitos detalhados, incluindo dureza, torque e muito mais.
- Métodos de teste: Procedimentos para verificação de conformidade.
- Chaves de torque: Especificações para equipamentos de teste.
- Marcação: Requisitos de identificação e rotulagem.
- Perguntas frequentes: dúvidas comuns e informações de especialistas.
Introdução à norma GB/T 3098.7-2000
A norma GB/T 3098.7-2000 especifica as propriedades mecânicas de parafusos autoatarraxantes utilizados em fixadores. Ela se aplica a parafusos fabricados em aço cementado, garantindo confiabilidade em aplicações que exigem alto desempenho sob tensão mecânica. Essa norma é essencial para indústrias como a automotiva, a da construção civil e a de máquinas, onde os parafusos autoatarraxantes proporcionam uma fixação segura sem a necessidade de roscas pré-perfuradas.
Entre os principais benefícios, destacam-se os testes padronizados de durabilidade, resistência a falhas e compatibilidade com diversos materiais. A adesão a essa norma minimiza riscos como a fragilização por hidrogênio e garante qualidade consistente na produção. Para otimizar o uso, os engenheiros devem integrar essas especificações aos processos de projeto e controle de qualidade.
Materiais
Os parafusos autoatarraxantes devem ser fabricados por conformação a frio a partir de aço cementado. A composição química fornecida na Tabela 1 serve apenas como guia, permitindo flexibilidade e mantendo as propriedades do núcleo. Se o teor de boro for controlado pela adição de titânio e/ou alumínio para torná-lo ineficaz, o teor de boro pode atingir até 0,005%.
Orientações sobre a seleção de materiais:
- Garantir que o aço atenda aos limites de carbono e manganês para atingir a temperabilidade desejada.
- Evite impurezas que possam comprometer o endurecimento superficial.
- Verificar a composição através da concha de medição e conferir as análises para garantir a consistência do lote.
Tabela 1: Composição Química
| Análise | Limites de composição, % | |
|---|---|---|
| Carbono | Manganês | |
| Concha | 0.15~0.25 | 0.70~1.65 |
| Verificar | 0.13~0.27 | 0.64~1.71 |
Propriedades Mecânicas e de Desempenho
A norma define os requisitos mecânicos e de desempenho, com os métodos de ensaio referenciados na Tabela 2. Os parafusos devem ser submetidos a cementação e revenimento a uma temperatura mínima de 340 °C para atender a esses critérios.
Tabela 2: Propriedades Mecânicas e de Desempenho
| Item de propriedade | Requisito técnico (cláusula ou tabela) | Método de teste (cláusula) |
|---|---|---|
| Dureza do núcleo | 4.3 | 5.1 |
| Dureza da superfície | 4.3 | 5.2 |
| Profundidade do caso | 4.4, Tabela 4 | 5.3 |
| Resistência à torção | 4.5, Tabela 3 | 5.4 |
| Saúde da cabeça | 4.6 | 5.5 |
| Teste de direção | 4.7, Tabela 3 | 5.6 |
| Fragilização por hidrogênio | 4.8 | 5.7 |
| Dureza do núcleo após retêmpera | 4.9 | 5.8 |
| Resistência à tracção | 4.10, Tabela 3 | 5.9 |
Tratamento térmico
Os parafusos acabados requerem cementação e revenimento a uma temperatura mínima de 340 °C, cumprindo todas as propriedades da Tabela 3. Este processo aumenta a dureza da superfície, mantendo a tenacidade do núcleo, crucial para a resistência ao torque.
Tabela 3: Requisitos mecânicos e de desempenho
| Diâmetro nominal da rosca (mm) | Resistência mínima à torção (N·m) | Torque máximo de acionamento (N·m) | Resistência mínima à tração (referência) (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 |
Dureza
A dureza do núcleo deve ser de 290 a 370 HV10, com dureza superficial mínima de 450 HV0,3. Esses valores garantem o equilíbrio entre ductilidade e resistência ao desgaste, fatores vitais para aplicações de roscagem autoperfurante.
Profundidade do caso
A profundidade da camada endurecida deve estar em conformidade com a Tabela 4, proporcionando uma camada endurecida suficiente para desempenho de torque e desgaste sem fragilidade excessiva.
Tabela 4: Profundidade do caso
| Diâmetro nominal da rosca (mm) | Profundidade da caixa (mm) | |
|---|---|---|
| Min | Máximo | |
| 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 |
Resistência à torção
Resistência à torção conforme a Tabela 3; a falha não deve ocorrer nas roscas fixadas. Este teste simula as tensões reais de instalação.
Saúde da cabeça
Não foram observadas fissuras na junção cabeça-haste quando a face de apoio se deformou em um ângulo de 7°. O teste é válido mesmo que a falha ocorra na primeira rosca, desde que a cabeça permaneça intacta.
Capacidade de formação de rosca
Os parafusos devem formar roscas internas correspondentes sem deformação permanente, com torque de aperto não superior aos valores da Tabela 3. As roscas formadas devem aceitar roscas externas com tolerância GB/T 197 6h e suportar cargas de grau 8 conforme GB/T 3098.2.
Resistência à fragilização por hidrogênio
Parafusos galvanizados requerem revisão do processo conforme GB/T 3098.17 para controle da fragilização por hidrogênio. Após a galvanização, deve-se realizar a expulsão de hidrogênio conforme GB/T 5267. Recomenda-se o uso de revestimentos não eletrolíticos de zinco em flocos conforme ISO 10683.
Dureza do núcleo após retêmpera
A queda na dureza após o revenido não deve exceder 20 HV, garantindo a estabilidade em serviço.
Resistência à tracção
Para parafusos ≥12 mm ou ≥3d, teste de tração por acordo; os valores de referência na Tabela 3 orientam o desempenho esperado.
Métodos de teste
Teste de dureza do núcleo
Meça na metade do raio da seção transversal, afastando-se da extremidade, pelo diâmetro menor, conforme GB/T 4340.1. Isso verifica a tenacidade interna.
Teste de dureza superficial
Rotina: Na extremidade, haste ou cabeça, conforme GB/T 4340.1, após a remoção do revestimento. Arbitragem: Microdureza Vickers HV0,1 no perfil com diâmetro ≥4 mm, a ≥0,05 mm da borda; negociar para <4 mm.
Teste de profundidade do caso
Distância da superfície ao ponto onde a dureza = núcleo + 30 HV0,3; a arbitragem utiliza a microdureza HV0,3 em amostra metalográfica preparada.
Teste de resistência à torção
Fixe a amostra com ≥2 roscas completas no dispositivo de fixação, ≥2 expostas; aplique torque até a ruptura e registre o valor conforme a Tabela 3.
Teste de sanidade cerebral
Insira na cunha com diâmetro do furo igual ao nominal +0,05 mm (≤M6) ou +0,1 mm (>M6~M12); aplique carga axial até uma deformação de 7°. Não indicado para cabeças escareadas. Se necessário, utilize golpes de martelo.
Teste de direção
Insira o parafuso na placa de teste (aço de baixo carbono, 140~180 HV30, espessura = diâmetro nominal, furo conforme Tabela 5) até que pelo menos uma rosca fique saliente. Força axial inicial ≤50 N (≤M5) ou ≤100 N (>M5); velocidade ≤30 rpm para fins de arbitragem. Adicione lubrificante, se necessário.
Tabela 5: Espessura da placa de teste e diâmetros dos furos
| Diâmetro nominal da rosca (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Espessura (mm) | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
| Diâmetro do furo (mm) | Máximo | 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 | |
Nota: Tolerância da espessura da chapa de teste conforme GB/T 709 para chapas de aço laminado.
Teste de fragilização por hidrogênio
De acordo com GB/T 3098.17, utiliza-se o método de suporte paralelo para avaliar o controle do processo.
Teste de retemperagem
A 330 °C durante 1 h; a média de três pontos de dureza do núcleo difere em ≤20 HV antes/depois. Apenas para fins de arbitragem.
Teste de tração
Fixe com ≥6 roscas expostas; aplique carga axial ≤25 mm/min até a ruptura. A ruptura ocorre na haste ou nas roscas, não na junção da cabeça; são necessárias garras autocentrantes.
Chaves de torque
Para testes de torção e acionamento, o erro é ≤±3% do torque especificado. Dispositivos elétricos equivalentes são permitidos; manual para arbitragem. A calibração garante uma avaliação precisa do desempenho do parafuso sob carga.
Marcação
Código de marcação
Parafusos autoatarraxantes temperados e revenidos, marcados com “-O-”.
Identificação
É necessária marcação em relevo ou embutida para cabeças sextavadas ou hexalobulares com diâmetro nominal ≥ 5 mm, preferencialmente na cabeça. Para outros tipos, mediante acordo.
Marca de identificação do fabricante
Obrigatório para todos os produtos marcados, garantindo rastreabilidade e controle de qualidade.
Perguntas frequentes
- Qual a finalidade do endurecimento superficial em parafusos autoatarraxantes?
O endurecimento superficial proporciona uma superfície dura para a formação da rosca e resistência ao desgaste, mantendo o núcleo dúctil para evitar falhas frágeis sob torque ou tensão, conforme especificado nas cláusulas 4.2 e 4.3. - Como mitigar a fragilização por hidrogênio em parafusos galvanizados?
Implementar controles de processo conforme GB/T 3098.17, realizar a expulsão de hidrogênio pós-revestimento conforme GB/T 5267 e considerar revestimentos não eletrolíticos, como zinco em flocos, conforme ISO 10683, para reduzir o risco. - E se um parafuso falhar no teste de resistência à torção na área de fixação?
A falha nas roscas fixadas invalida o teste; assegure-se de que a fixação seja feita corretamente, com pelo menos duas roscas totalmente fixadas e expostas, conforme 5.4, para avaliar com precisão a resistência do material. - Os ensaios de tração são obrigatórios para todos os parafusos autoatarraxantes?
Não, apenas para comprimentos ≥12 mm ou ≥3d mediante acordo entre fornecedor e comprador; os valores da Tabela 3 são de referência, enfatizando as propriedades de torção e de acionamento como métricas principais. - Como a profundidade da camada de cementação afeta o desempenho do parafuso?
Uma profundidade insuficiente pode levar ao desgaste prematuro ou à falha na formação da rosca, enquanto uma profundidade excessiva aumenta a fragilidade; siga os limites da Tabela 4 para obter propriedades equilibradas em aplicações como montagens de aço. - Que equipamento é recomendado para testes de arbitragem?
Utilize chaves dinamométricas manuais com precisão de ±3% para testes de torção e acionamento, e microdureza Vickers para avaliação da superfície e da profundidade da camada endurecida, a fim de garantir resultados precisos e imparciais.
