GB/T 3098.26-2021: Свойства крепежных элементов – Плоские шайбы

Настоящий стандарт определяет механические и физические свойства плоских шайб из углеродистой или легированной стали, предназначенных для использования в болтовых соединениях с болтами, винтами, шпильками и гайками, соответствующими классам производительности, определенным в GB/T 3098.1 и GB/T 3098.2. Эти свойства испытываются при температурах окружающей среды от 10°C до 35°C.

Примечание 1: Эти простые шайбы также могут использоваться с другими крепежными элементами, например, с саморезами.

Плоские шайбы, соответствующие требованиям данного стандарта в указанных условиях испытаний, могут не сохранять свои механические и физические свойства при высоких и/или низких температурах. Примечание 2: Плоские шайбы, соответствующие данному документу, пригодны для эксплуатации при температурах от -50°C до +150°C. При температурах выше -50°C до +150°C, вплоть до +300°C, пользователям рекомендуется проконсультироваться с соответствующими специалистами.

Данный документ относится к простым шайбам и шайбам для узлов, изготовленных из углеродистой или легированной стали толщиной от 0,2 мм до 12 мм, включая:

• Простые шайбы (с рисунком, ребрами или фаской или без них).
• Квадратные гладкие шайбы.
• Плоские шайбы с квадратным отверстием.
• Плоские шайбы специальной формы.

Данный стандарт не устанавливает требований к:

• Коррозионная стойкость.
• Свариваемость.

В рамках данного стандарта подчеркивается важность выбора материалов и условий испытаний для обеспечения надежности крепежных узлов. Например, в условиях экстремальных температур необходимо учитывать дополнительные факторы, такие как термическое расширение и деградация материала. Этот стандарт интегрируется с другими документами серии GB/T, обеспечивая целостную основу для оценки характеристик крепежных элементов, гарантируя совместимость и безопасность в машиностроении. Ограничивая диапазон толщин, он фокусируется на распространенных промышленных применениях, допуская при этом расширение за счет соглашений. Специалистам следует учитывать, что для специализированных сред, таких как морская или аэрокосмическая промышленность, могут потребоваться дополнительные стандарты по коррозионной стойкости. В целом, данная область применения гарантирует, что шайбы с плоским профилем эффективно способствуют распределению нагрузки и вибростойкости болтовых соединений, предотвращая такие отказы, как ослабление или усталость материала. Исключение коррозионной стойкости и свариваемости подчеркивает необходимость интегрированного проектирования системы, где эти аспекты рассматриваются отдельно. На практике инженеры часто сочетают это со стандартами, такими как GB/T 5267.3 для горячего цинкования, чтобы повысить долговечность. Такой комплексный подход помогает выбирать шайбы, которые оптимизируют характеристики узла, снижают затраты на техническое обслуживание и повышают структурную целостность. Кроме того, температурные рекомендации предотвращают неправильное использование в условиях высоких температур, где могут быть предпочтительнее альтернативные материалы, такие как нержавеющая сталь. Ориентация документа на углеродистые и легированные стали обеспечивает баланс между экономичностью и механической прочностью, что делает его подходящим для автомобильной, строительной и машиностроительной отраслей. Соблюдение этих параметров позволяет производителям выпускать качественную продукцию, соответствующую международным стандартам, что способствует глобальной торговле и стандартизации.

Символы

В данном документе используются следующие символы:

• d₁: Внутренний диаметр сквозного отверстия, в миллиметрах (мм).
• d₂: Наружный диаметр, в миллиметрах (мм).
• F: Нагрузка, в ньютонах (Н).
• G: Общая глубина слоя обезуглероживания, в миллиметрах (мм).
• r: Радиус контакта между опорной и нагруженной частями, в миллиметрах (мм).
• t: Номинальная толщина плоской шайбы, в миллиметрах (мм).
• t_eff: Эффективная толщина плоской шайбы в миллиметрах (мм).
• α: Угол смачивания между опорной и нагружаемой частями, в градусах (°).

Эти обозначения стандартизируют обмен информацией в технической документации, обеспечивая точность проектирования и испытаний. Например, d₁ и d₂ имеют решающее значение для обеспечения размерной совместимости с болтами, предотвращая несоосность, которая может привести к поломке сборки. Нагрузка F важна при испытаниях на производительность, имитируя реальные напряжения. Глубина обезуглероживания G связана с целостностью поверхности, поскольку чрезмерное обезуглероживание может ослабить шайбу. Радиус r и угол α используются в испытательных установках для точного воспроизведения условий контакта. Параметры толщины t и t_eff учитывают производственные отклонения, влияя на несущую способность. В инженерной практике эти обозначения облегчают расчеты распределения напряжений, где шайбы помогают равномерно распределять силы по поверхностям соединения. Понимание этих обозначений имеет важное значение для интерпретации результатов испытаний и обеспечения соответствия. Они соответствуют международным стандартам, способствуя совместимости. Специалисты должны использовать их последовательно, чтобы избежать ошибок в спецификациях. Например, в конечноэлементном анализе эти параметры, вводимые в модели, прогнозируют поведение шайбы под нагрузкой. Такая символика повышает удобство использования документа, позволяя быстро находить нужную информацию в процессе контроля качества. Благодаря определению этих параметров на раннем этапе, стандарт закладывает основу для последующих разделов, посвященных материалам и испытаниям.

Система обозначений

Класс износостойкости плоских шайб обозначается числом и символом:

• Число указывает минимальное значение твердости по Виккерсу (см. Таблицу 3).
• Буквы HV обозначают твердость по Виккерсу.

Пример: Стальная шайба с минимальной твердостью по Виккерсу 200, согласно таблице 3, обозначается как 200 HV.

При соблюдении требований таблиц 2 и 3 данная система обозначений может также применяться к спецификациям, выходящим за рамки стандартной толщины. Хотя указаны несколько классов эксплуатационных характеристик, не все из них подходят для каждой сборки болтов, гаек и шайб. Комбинации классов эксплуатационных характеристик обычных шайб с болтами, винтами, шпильками и гайками показаны в таблице 1.

RC: Рекомендуемая комбинация.
^а В стандартах на болтовые и шайбовые соединения применяются классы прочности 200 HV и 300 HV в соответствии с GB/T 9074.1 и GB/T 97.4.
^б 380 HV не входит в действующие стандарты на продукцию; для его использования требуется соглашение между поставщиком и покупателем.
^c Для стали марки 380 HV конструкция болтового соединения должна предотвращать изгибающие и растягивающие напряжения в шайбах, особенно в шайбах с прорезями или потайной головкой.
^д Комбинации, отмеченные сноской d, могут использоваться, если проверены конструкция соединения и монтаж.
^e Комбинации, расположенные выше ступенчатой ​​жирной линии, могут использоваться для болтовых соединений.
^f Комбинации, расположенные ниже ступенчатой ​​жирной линии (серые области), использовать не следует.

Для винтов с резьбообразующей головкой и винтов, соединяющих мягкие материалы (например, пластик, дерево), выбор комбинаций с обычными шайбами ​​с различными классами износостойкости следует определять исходя из предполагаемого применения.

Эта система обозначений обеспечивает отслеживаемость и совместимость в сборочных узлах, что имеет решающее значение для безопасности. Связывая твердость с классами эксплуатационных характеристик, она позволяет инженерам выбирать шайбы, соответствующие прочности болтов, избегая занижения или завышения спецификаций. Рекомендации в таблице 1 предотвращают несоответствия, которые могут привести к отказам, таким как срыв резьбы или растрескивание. В условиях высоких нагрузок, например, в мостах, более высокие классы, такие как 380 HV, обеспечивают превосходную устойчивость, но требуют тщательного проектирования для снижения риска водородного охрупчивания (см. GB/Z 41117). Гибкость системы для нестандартных толщин поддерживает индивидуальные решения. В целом, она способствует стандартизации, уменьшая ошибки при закупке и сборке.

Материалы

В таблице 2 указаны предельные значения химического состава углеродистой и легированной стали, используемой в шайбах различного класса прочности. Эти составы должны соответствовать соответствующим национальным стандартам.

Примечание: К легированной стали относятся пружинная сталь и легированная пружинная сталь, пригодная для изготовления плоских шайб.

Для шайб, требующих горячего цинкования, материалы должны соответствовать требованиям GB/T 5267.3. Если узлы закалены и отпущены целиком, могут поставляться необработанные шайбы; в таких случаях химический состав в соответствии с GB/T 9074.1 определяется по договоренности.

Для самонарезающих винтовых соединений, закаленных по стандарту GB/T 97.5, содержание углерода в шайбе не должно превышать 0,12%. В каждой производственной партии должен использоваться материал из одной и той же плавки.

NA: Не применимо.
^а В случае возникновения споров проведите анализ продукции.
^б Для сборочных шайб см. GB/T 9074.1 или GB/T 97.4; состав и температура отпуска согласованы.
^c Для специальных применений (например, горячее цинкование) состав и температура отпуска определяются по договоренности.
^д Максимальное содержание бора 0,003%, до 0,005%, если содержание неэффективного бора контролируется титаном/алюминием.
^e Для изготовления шайб с твердостью 200 HV могут использоваться подходящие сырьевые материалы или они могут быть закалены и отпущены после изготовления; технологический процесс может быть выполнен производителем, если соблюдены требования Таблицы 3.
^f Материал должен обладать достаточной закаливаемостью для получения мартенсита ~90% в сердцевине перед отпуском.
^г Углеродистая сталь может содержать хром, марганец, никель и т. д.
^h Легированные стали содержат как минимум один элемент: Cr 0,30%, Mn 0,20%, Ni 0,30%, V 0,10%, Mo 0,08%, B 0,0008%. Для комбинаций суммарное значение отдельных минимумов должно составлять не менее 70%.
ⁱ По вопросу о водородном охрупчивании см. GB/Z 41117.

Технические характеристики материалов гарантируют, что шайбы будут обладать необходимой твердостью и долговечностью. Содержание углерода ограничивает прочность, а низкое содержание фосфора и серы минимизирует хрупкость. Легирующие элементы повышают закаливаемость для получения более высоких классов прочности. Температуры отпуска предотвращают переупрочнение, снижая риск образования трещин. Этот раздел помогает производителям выбирать стали для обеспечения стабильной работы, что крайне важно в таких отраслях, как автомобилестроение, где вибростойкость имеет ключевое значение. Соответствие соответствующим стандартам обеспечивает совместимость с цинкованием, избегая таких проблем, как нарушение адгезии покрытия.

Механические и физические свойства

Плоские шайбы указанных классов эксплуатационных характеристик должны соответствовать механическим и физическим свойствам, указанным в Таблице 3, при комнатной температуре, независимо от того, проводились ли испытания в процессе производства или окончательной проверки.

В главе 6 представлены применимые методы испытаний и процедуры арбитража для проверки соответствия Таблице 3. Для шайб класса 380 HV, если это указано, требуется проведение испытаний на пластичность в соответствии с Приложением А.

^а 380 HV не входит в действующие стандарты на продукцию; использование по соглашению сторон.
^б Превышение максимального значения в 250 В не является основанием для отбраковки.
^c Для шайб с насечкой или ребристой поверхностью действуют ограничения, аналогичные тем, что применяются для стали 380 HV.
^д Измерено согласно пункту 6.2.3 на поперечном сечении; твердость на расстоянии 0,1 мм от опорной поверхности ≥ твердость в центре – 30 HV.
^e Какой из них меньше.
^f Измерено по шкале 6,3 на поперечном сечении; твердость на расстоянии 0,1 мм от опорной поверхности ≤ твердость в центре + 30 HV.

Эти свойства гарантируют, что шайбы выдерживают сжимающие нагрузки без деформации или разрушения. Диапазоны твердости обеспечивают баланс прочности и пластичности, предотвращая растрескивание. Контроль процессов обезуглероживания и науглероживания поддерживает целостность поверхности, что крайне важно для коррозионной стойкости шайб с покрытием. Пределы повторного отпуска подтверждают адекватность термообработки. В практических применениях эти характеристики обеспечивают надежные соединения, например, в оборудовании, где вибрация может ослабить соединения. Испытания на соответствие требованиям главы 6 гарантируют качество.

Методы испытаний

Испытание на твердость

Общий

Испытание на твердость направлено на проверку соответствия минимальным/максимальным значениям и требованиям к материалу, указанным в Таблице 3, для закаленных и отпущенных шайб. Применимо ко всем классам, испытания проводятся в исходном состоянии, за исключением шайб, подвергнутых постобработке после сборки.

Выполняйте работы на подходящих поверхностях или поперечных сечениях в соответствии с таблицей 4.

^а При закалке и отпуске до 200 HV по запросу, в случае возникновения спора, разрешением является испытание поперечного сечения.

Твердость по Виккерсу на поверхности

Выберите испытательную нагрузку в зависимости от класса и толщины согласно рисунку 1. Используйте показатель Роквелла, если подходящая нагрузка по Виккерсу отсутствует.

Пример: Для шайбы толщиной 0,3 мм и твердостью 300 HV используйте HV5.

 Твердость по Роквеллу на поверхности

Выберите нагрузку согласно рисунку 2, исходя из класса и толщины. Используйте шкалу Виккерса, если подходящей нагрузки по Роквеллу нет.

Пример: Для шайбы толщиной 0,5 мм и твердостью 380 HV используйте 294 Н (HR30N).

Процедура тестирования

Удалите покрытия/оксиды, проведите испытание на полурадиусе опорной поверхности. Для оцинкованной стали удалите переходный слой. Усредните три измерения при 120°, если позволяет размер.

Требования к напряжению 100 В, 140 В, 200 В

Стандартная процедура: согласно пункту 6.1.2, в соответствии с таблицей 3. Арбитраж: по Виккерсу согласно рисунку 1; при t_eff > 0,5 мм, нижняя нагрузка ≥ HV1.

Требования к 300 В, 380 В

Стандартная процедура: согласно пункту 6.1.2, в соответствии с таблицей 3. Арбитраж: согласно пункту 6.1.3.

Испытание твердости радиального поперечного сечения

Общий

В соответствии с GB/T 4340.1, по шкале Виккерса для закаленных и отпущенных шайб.

Процедура

Сделайте радиальный срез через центр отверстия, закрепите/зафиксируйте, отшлифуйте/отполируйте для металлографического анализа. Проведите анализ в средней части среза согласно рисунку 3; по возможности усредните результаты как минимум по трем точкам.

1: Зона тестирования (радиус 0,25 t_eff).

Требования

Соответствует Таблице 3. Если разница > 30 HV в радиусе 0,25 t_eff, проверьте мартенсит ~90% согласно Таблице 2.

Испытание на обезуглероживание

Общий

Обнаруживает обезуглероживание поверхности рифленых/накладных шайб с твердостью 300 HV и всех шайб с твердостью 380 HV. Области указаны на рисунке 4.

1: Опорная поверхность; 2: Полный слой обезжиривания; 3: Частичный слой обезжиривания; 4: Основной металл; x: Нет тестовой зоны.

Металлографический метод

Подготовка образцов

Удалите покрытия, сделайте радиальный срез, залейте/закрепите, отшлифуйте/отполируйте. Примечание: Для выявления изменений протравите ниталлом 3%.

Процедура

Рассмотрите изображение при 100-кратном увеличении; измерьте параметры с помощью шкалы или окуляра.

Требования

Максимальное значение G согласно таблице 3.

Метод твердости

Подготовка образцов

При толщине t ≥ 0,4 мм; подготовка согласно пункту 6.2.2.1 без травления.

Процедура

Измерьте точки 1 и 2 согласно рисунку 5 с помощью HV0.3 (2,942 Н).

Без удаления окалины: HV(2) > HV(1) – 30 HV; Без удаления окалины: HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV. 1: Центр; 2: 0,1 мм от поверхности.

Требования

HV(2) ≥ HV(1) – 30 HV. Примечание: Не для максимального G согласно Таблице 3.

Испытание на науглероживание

Общий

Обнаруживает науглероживание поверхности во время термообработки для рифленых/накатных шайб с твердостью 300 HV и всех шайб с твердостью 380 HV, толщина t ≥ 0,4 мм. Измеряется по твердости радиального поперечного сечения.

Процедура

Подготовьте согласно пункту 6.2.2.1 без травления; измерьте согласно рисунку 5 с помощью HV0.3.

Требования

HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV. Превышение этого значения указывает на науглероживание. Кроме того, поверхность опоры ≤ 370 HV0.3 для 300 HV, ≤ 450 HV0.3 для 380 HV согласно Таблице 3.

Тест на повторную закалку

Общий

Проверяет минимальную температуру отпуска при термообработке шайб с твердостью 300 HV и 380 HV.

Процедура

Измерьте твердость по Виккерсу в области, показанной на рисунке 3 (три точки). Повторно закалите при температуре на 10°C ниже, чем указано в таблице 2, выдержите 30 минут; повторно измерьте твердость в той же области.

Требования

Среднее снижение твердости после повторного отпуска составляет < 20 HV.

Методы испытаний обеспечивают качество шайб благодаря стандартизированным процедурам, имеющим решающее значение для надежности. Испытания на твердость подтверждают прочность материала, а проверки на обезуглероживание/науглероживание предотвращают образование поверхностных дефектов. Повторный отпуск подтверждает качество термообработки, предотвращая хрупкость. Эти методы соответствуют международным стандартам, обеспечивая стабильное производство.

Маркировка

Общий

Шайбы, изготовленные в соответствии с данным документом, могут быть маркированы согласно Главе 3 только в том случае, если они полностью соответствуют требованиям.

Маркировка шайбы

По решению или по соглашению производителя; если согласовано, укажите идентификационный номер производителя и класс производительности. Дистрибьюторы, использующие собственный идентификационный номер, считаются производителями. Не допускается выпуклая маркировка; углубленная маркировка не рекомендуется из-за эффекта зажима крутящего момента или концентрации напряжений. Используйте надежные методы, такие как лазерная маркировка. Класс маркировки определяется по коду из таблицы 5 или символам на циферблате.

Маркировка упаковки

Все упаковки должны быть маркированы идентификатором производителя/продавца, классом производительности согласно главе 3 и номером партии согласно GB/T 3099.4.

Маркировка обеспечивает отслеживаемость, что крайне важно для контроля качества и ответственности. Она предотвращает выпуск контрафактной продукции и помогает при отзыве товаров. В цепочках поставок правильная маркировка облегчает управление запасами и проверку соответствия требованиям.

Приложение А: Испытание на пластичность шайб класса прочности 380 HV.

А.1 Общие положения

Определяет, стали ли шайбы хрупкими в процессе производства. Применяется по запросу заказчика для готовых шайб, включая шайбы с покрытием.

Процедура тестирования А.2

Используйте опору и индентор с углом α, зависящим от толщины; минимальная твердость 60 HRC, шлифованные поверхности. Для концентрических круглых шайб используйте конические контакты согласно рисунку A.1. Для остальных — V-образные, согласно рисунку A.2. Поместите шайбу в устройство; сначала разберите узлы. Выровняйте оси. Приложите осевую нагрузку равномерно до полного контакта; удерживайте 2 минуты, затем снимите нагрузку.

А.3 Требования

Отсутствие излома. При повреждении следует разрезать противоположную сторону излома; разделение на две части указывает на поломку.

Данное приложение подтверждает пластичность шайб высокой твердости, предотвращая хрупкие разрушения в процессе эксплуатации. Это крайне важно для применений, требующих высокой безопасности, поскольку гарантирует, что шайбы деформируются без разрушения под нагрузкой.

Часто задаваемые вопросы

1. Какой температурный диапазон подходит для обычных шайб согласно этому стандарту? Рекомендуемая рабочая температура составляет от -50°C до +150°C. При экстремальных температурах до +300°C следует проконсультироваться со специалистами для оценки возможности сохранения целостности конструкции.
2. Как выбрать подходящий класс производительности для моего затворного механизма? Рекомендуемые комбинации (РК) приведены в Таблице 1. Избегайте несоответствий, которые могут привести к разрушению соединения; проверьте конструкцию, если используете комбинации, указанные в сноске d.
3. Что делать, если мои шайбы нуждаются в горячем цинковании? Материалы должны соответствовать стандарту GB/T 5267.3. Для специальных применений химический состав и температура закалки могут потребовать согласования между поставщиком и покупателем.
4. Почему испытания на обезуглероживание важны для классов с более высокими эксплуатационными характеристиками? Чрезмерное обезуглероживание ослабляет поверхность, увеличивая риск разрушения под нагрузкой. Испытания обеспечивают соблюдение предельных значений согласно Таблице 3, сохраняя целостность, особенно для шайб с твердостью 380 HV.
5. Можно ли использовать шайбы 380 HV без соответствующего соглашения? Нет, поскольку они не входят в действующие стандарты на продукцию. Использование требует соблюдения протокола и учета конструктивных особенностей для предотвращения изгибающих или растягивающих напряжений.
6. Как тест на повторное закаливание подтверждает качество термической обработки? Проверяется, составляет ли снижение твердости после дополнительного отпуска ≤20 HV, подтверждается ли соответствие исходного процесса минимальным температурам согласно Таблице 2, что предотвращает хрупкость.