Введение
В данной статье подробно описаны стандарты механических характеристик самонарезающих винтов, изложенные в GB/T 3098.11-2002. Эти стандарты обеспечивают надежность и функциональность самонарезающих винтов в крепежных приложениях, применительно к материалам покрытия, металлургическим свойствам и механическим характеристикам. Самонарезающие винты сконструированы таким образом, чтобы самостоятельно сверлить отверстие и формировать резьбу без предварительного сверления, что делает их незаменимыми в строительстве, автомобилестроении и обрабатывающей промышленности.
Технические требования
1.1 Материалы
Саморезы должны быть изготовлены из цементированной стали или термообработанной стали, чтобы обеспечить необходимую твердость и долговечность для сверления и нарезания резьбы.
1.2 Металлургические свойства
1.2.1 Твердость поверхности
После термообработки поверхностная твердость самонарезающих винтов должна составлять не менее 530 HV0.3.
1.2.2 Твердость сердцевины
Твердость керна после обработки должна быть следующей:
- 320 HV5 до 400 HV5 для размеров резьбы ≤ ST4.2;
- 320 HV10 до 400 HV10 для размеров резьбы > ST4.2.
Рекомендуемая минимальная температура отпуска составляет 330°C. Следует избегать температур отпуска от 275°C до 315°C, чтобы минимизировать риск охрупчивания закаленного мартенсита.
1.2.3 Глубина науглероженного слоя
Глубина науглероженного слоя должна соответствовать значениям, указанным в Таблице 1.
| Размер резьбы | Минимум | Максимум |
|---|---|---|
| ST2.9 и ST3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST4.2 до ST5.5 | 0.10 | 0.23 |
| СТ6.3 | 0.15 | 0.28 |
1.2.4 Микроструктура
В микроструктуре после термообработки между упрочненным поверхностным слоем и сердцевиной не должно образовываться полосчатого феррита.
1.2.5 Водородное охрупчивание
Саморезы с гальваническим покрытием подвержены риску разрушения из-за водородного охрупчивания. Производитель и/или компания, занимающаяся гальваническим покрытием, должны принимать меры, включая испытания в соответствии с GB/T 3098.17, для контроля этого риска. Также следует учитывать требования по устранению водородного охрупчивания в крепежных изделиях с гальваническим покрытием в соответствии с GB/T 5267.1.
1.3 Механические свойства
1.3.1 Производительность бурения
Сверлильная часть винта должна просверлить предварительно изготовленное отверстие, пригодное для экструзии сопряженной внутренней резьбы в условиях испытаний, указанных в разделе 2.2.1.
1.3.2 Характеристики формирования резьбы
В предварительно просверленном отверстии, указанном в разделе 2.2.1, самонарезающий винт должен выдавливать соответствующую внутреннюю резьбу без деформации при ввинчивании в испытательную пластину, указанную в разделе 2.2.1.1.
1.3.3 Предел прочности на кручение
При испытании в соответствии с разделом 2.2.3 прочность на кручение должна обеспечивать, чтобы момент разрушения был равен или превышал значения, указанные в таблице 4.
Методы испытаний
2.1 Испытания металлургических свойств
2.1.1 Испытание твердости поверхности
Испытание на твердость поверхности должно проводиться в соответствии с GB/T 4340.1. Оттиски следует делать на плоских поверхностях, предпочтительно на головке винта.
2.1.2 Испытание на твердость керна
Испытание твердости керна должно проводиться в соответствии с GB/T 4340.1 на поперечном микросрезе.
2.1.3 Измерение глубины науглероженного слоя
Глубину науглероженного слоя следует измерять с помощью микроскопа на продольном микросрезе на боковой поверхности посередине между гребнем и основанием, или у основания для винтов ≤ ST4.2. Для определения оптимальной глубины используйте микротвердость по Виккерсу с усилием 300 г на профиле резьбы, рассчитывая глубину от точки, превышающей твердость сердцевины на 30 HV.
2.1.4 Микроструктурный анализ
Микроструктурный анализ должен проводиться в соответствии с соответствующими металлографическими стандартами.
2.2 Испытания механических свойств
2.2.1 Испытание на сверление и нарезание резьбы
2.2.1.1 Испытательное оборудование
Испытательная пластина должна быть изготовлена из низкоуглеродистой стали с содержанием углерода ≤ 0,231ТП3Т и твердостью от 110 HV30 до 165 HV30 (согласно GB/T 4340.1). Толщина пластины должна соответствовать таблице 2. Пример испытательного оборудования показан на рисунке 1 (здесь не показан; схему см. в стандарте).
| Размер резьбы | Толщина испытательной пластины (мм) | Осевая сила (Н) | Максимальное время завинчивания (с) | Скорость вращения шнека под нагрузкой (об/мин) |
|---|---|---|---|---|
| СТ2.9 | 0.7 + 0.7 = 1.4 | 150 | 3 | 1800–2500 |
| СТ3.5 | 1 + 1 = 2 | 150 | 4 | 1800–2500 |
| СТ4.2 | 1.5 + 1.5 = 3 | 250 | 5 | 1800–2500 |
| СТ4.8 | 2 + 2 = 4 | 250 | 7 | 1800–2500 |
| СТ5.5 | 2 + 3 = 5 | 350 | 11 | 1000–1800 |
| СТ6.3 | 2 + 3 = 5 | 350 | 13 | 1000–1800 |
Примечание: Толщина испытательной пластины может состоять из двух стальных пластин. Эти значения предназначены только для приемочного контроля.
2.2.1.2 Процедура тестирования
Вкрутите винт с покрытием или без покрытия (в зависимости от области применения) в испытательную пластину до тех пор, пока не пройдет одна полная витка резьбы. Осевая сила и скорость вращения винта, указанные в таблице 2, применяются как к сверлению, так и к нарезанию резьбы.
2.2.2 Инспекция бурения
По договоренности может быть проведена проверка сверления. Испытательная пластина согласно пункту 2.2.1.1, толщина согласно таблице 3. Предварительно проколите контрольную точку. После сверления максимальный размер отверстия не должен превышать пределы, указанные в таблице 3. Приспособление на рисунке 2 (не показано; см. стандарт) дополняет рисунок 1, при этом внутренний диаметр втулки примерно на 0,25 мм больше диаметра основной резьбы. Длина втулки позволяет удлинить острие сверла. Осевые усилия из таблицы 2 служат ориентиром при установке; их превышение может привести к разрушению острия сверла или перегреву.
| Размер резьбы | Толщина пластины | Минимальный диаметр отверстия | Максимальный диаметр отверстия |
|---|---|---|---|
| СТ2.9 | 1 | 2.2 | 2.5 |
| СТ3.5 | 1 | 2.7 | 3 |
| СТ4.2 | 2 | 3.2 | 3.6 |
| СТ4.8 | 2 | 3.7 | 4.2 |
| СТ5.5 | 2 | 4.2 | 4.8 |
| СТ6.3 | 2 | 4.8 | 5.4 |
2.2.3 Испытание на крутящий момент
Зажмите винт в соответствующей резьбонарезной плашке или устройстве, не повреждая зажимаемую часть. Устройство показано на рисунке 3 (не показано; см. стандарт). После зажима как минимум две полные витка резьбы должны выступать за пределы устройства, и как минимум две полные витка резьбы (за исключением острия сверла) должны быть надежно зажаты. Для коротких винтов зажимайте всю резьбу, не прилагая усилий к головке. Прикладывайте момент затяжки с помощью калиброванного устройства до разрушения. Винт должен соответствовать моменту затяжки, указанному в таблице 4 (единицы измерения: Н·м).
| Размер резьбы | Минимум |
|---|---|
| СТ2.9 | 1.5 |
| СТ3.5 | 2.8 |
| СТ4.2 | 4.7 |
| СТ4.8 | 6.9 |
| СТ5.5 | 10.4 |
| СТ6.3 | 16.9 |
При проверке крутящего момента погрешность измерения динамометрическим ключом должна находиться в пределах ±31Т3Т от указанного значения. Допускается использование электроинструмента с эквивалентной точностью. Для арбитража используйте ручной динамометрический ключ.
Часто задаваемые вопросы
- Какие материалы необходимы для изготовления самонарезающих винтов согласно стандарту GB/T 3098.11-2002?
- Для достижения требуемой твердости и эксплуатационных характеристик они должны быть изготовлены из цементированной или термообработанной стали.
- Как предотвращается водородное охрупчивание в винтах с гальваническим покрытием?
- Производители и предприятия по нанесению покрытий должны внедрить меры, включая испытания в соответствии с GB/T 3098.17 и с учетом требований GB/T 5267.1 по удалению водорода, для предотвращения риска разрушения.
- Какова минимальная твердость поверхности этих винтов?
- После термообработки твердость поверхности должна составлять не менее 530 HV0.3.
- Почему следует избегать определенных температур закалки?
- Отпуск при температурах от 275°C до 315°C увеличивает риск охрупчивания закаленного мартенсита; рекомендуется минимальная температура 330°C.
- Каковы требования к прочности на кручение для винтов ST4.8?
- Минимальный момент разрушения составляет 6,9 Н·м при испытании по указанному методу.
- Как измеряется глубина науглероживающего слоя для целей арбитража?
- Используйте микротвердость по Виккерсу с усилием 300 г на профиле резьбы, начиная с точки, где твердость превышает твердость сердцевины на 30 HV.
