ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606：ねじファスナーの試験
ISO 898-1、ISO 3506-1、および ASTM F606 規格では、鋼製ねじを含むねじ付きファスナー (ボルト、ねじ、およびスタッド) の試験と、引張強度、オフセット耐力 (最小応力)、破断後の伸びや硬さなどの機械的および物理的特性について説明しています。
- ISO 898-1は、炭素鋼および合金鋼で作られたファスナーの機械的特性を確立します (指定された特性クラスのボルト、ねじ、およびスタッド – 並目ねじおよび細目ねじ)
- ISO 3506-1は、耐腐食性ステンレス鋼 (指定された等級と特性クラスのボルト、ねじ、およびスタッド) で作られたファスナーの機械的特性を確立します。
- ASTM F606: 外ねじおよび内ねじ付き締結材、ワッシャー、およびリベットの機械的特性を決定するための標準試験法
最も重要なファスナーの一部として、ボルト、スクリュー、およびスタッドは、産業界の生産、建設において重要であるだけでなく、毎日の耐久性でも重要と考えられています。ナット類は自動車やビルのみならず複雑な機械や装置にも使用されています。機械的応力は接続ポイントに集中するため、ファスナーの完全性は非常に重要です。したがって、ボルト、スクリュー、ナットには厳しい安全要件が適用されます。
試験方法の概要 プロパティクラス 引張試験 保証荷重試験 ヘッドの健全性試験 硬さ試験 捻り試験 ノッチ衝撃曲げ試験 試験システム
ISO 898-1に準拠したネジ締結部材の試験
次の表は、ISO 898-1 規格で指定されている機械的試験方法の概要を示しています。
さまざまな機械的試験方法では、最終製品とフルサイズのファスナー、およびフル荷重と低減荷重容量のファスナーが区別されます。
最終製品ファスナー は、すべての製造工程が完了したファスナーです。つまり、完成したファスナーのことです。
フルサイズファスナーは、シャンク径が引張試験用で完全に保持されている完成したファスナーを意味します。これらはフルシャンクファスナーとも呼ばれます。これには、細い拡張ボルトとバンジョーボルトは含まれません。
同じプロパティクラスの一般的な形状のスクリューとは異なり、低荷重容量のファスナーは、通常、そのヘッドの形状（いわゆる弱頭ねじ）のため完全に荷重をかけることができません。このようなスクリューは、ゼロから始まる番号で識別されます。
| ISO 898-1 規格の抜粋 | 試験方法 | 決定される機械的特性値 | 締結部材あるいは試験片タイプ |
|---|---|---|---|
| 9.1 | くさび荷重下での引張試験 | 引張強さ | ボルトとネジの完成品（スタッドを除く） |
| 9.2 | 引張試験 | 引張強さ | ボルト、ネジ、スタッドの完成品 |
| 9.3 | オフセット耐力 (最少応力)、破断後のパーセンテージ伸び | フルサイズのボルト、ネジ、スタッド | |
| 9.4 | 引張強さ | 積載性が低下したボルトとネジ | |
| 9.5 | くびれ軸部のネジ | ||
| 9.6 | 保証荷重試験 | 公称荷重下での応力、永久伸び | ボルト、ネジ、スタッドの完成品 |
| 9.7 | 引張試験 | 引張強さ、降伏強さ/オフセット耐力、破断時のひずみ、面積減少 | マシニングされた試験片 |
| 9.8 | ヘッドの健全性試験 | ヘッドの強さ | ボルトとネジ |
| 9.9 | 硬さ試験 | ビッカース、ブリネル、ロックウェルに対応した硬さ試験 | 全てのボルトとネジ、特に引張試験には小さすぎるタイプ |
| 9.10 | 脱炭試験 | 表面硬度 (HV 0.3) | プロパティクラス 8.8から12.9 |
| 9.11 | 浸炭試験 | ||
| 9.12 | 再焼戻し試験 | ||
| 9.13 | 捻り試験 | 破壊トルク | くびれ軸部のネジを除く全てのネジ |
| 9.14 | シャルピー衝撃試験 | 衝撃荷重下での剛性 | 直径 16 mm 以上のボルト、ねじ、およびスタッドから作られた機械加工された試験片 |
プロパティクラス
ボルトとスクリューのプロパティクラスは、ピリオドで区切られた2つの番号で識別されます。ピリオドの左側の数値は、引張強度 を100で割ったMPaを示します。ピリオドの右側の数字は、 降伏点またはオフセット耐力の10倍を示します。
例えば、プロパティクラス9.8のねじの公称値は次のとおりです：
- 公称引張強さ: Rm = 9 × 100 MPa = 900 MPa
- 降伏比: Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0.8
- 降伏点：Re = 0,8 × 900 MPa = 720 MPa
ナットのプロパティは単一の番号で識別されます、これは、ナットとペアにできるネジの最高のプロパティに対応します。たとえば、プロパティ9のナットは、プロパティ9.8までのネジと組み合わせることができます。
ねじファスナーの静的引張試験 ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606
ネジの締結タイプはそれぞれの業界で慎重に取捨選択され、設計に組み込まれていきます。正確な弾性値（引張り試験による）と限界弾性域の測定が重要であり、この観点から安全に使用できる最大荷重を考慮した、信頼性の高いねじの締結が可能となります。
引張試験のすべてのバリエーション（セクション9.1-5および9.7）は、 ISO 6892-1に従って実施する必要があります。ねじ付きファスナーの引張試験の詳細は、ISO 898-1、ISO 3506-1、または ASTM F606 規格でカバーされています。たとえば、試験速度は 25 mm/min を超えてはなりません。さらに、降伏強度またはオフセット耐力を決定する場合、最大試験速度 10 mm/min が適用されます。
フルサイズのファスナーの場合、セクション 9.2 および 9.3 で定義された、オフセット降伏、引張強さ、破断後の伸び率の決定に関する試験を 1 つの引張試験に組み合わせることができます。
ねじファスナーの試験：ISO 898-1のネジ締結部材の引張試験用試験片グリップ
ネジ締結部材の試験：ISO 898-1のネジ締結部材の引張試験
ISO 898-1、ISO 3506-1に準拠したファスナーの引張試験用の試験装置
試験機の寸法を決定する要因は、試験するファスナーのサイズと強度です。M8 から始まるねじ山を備えたファスナーの場合、大きな試験力 (Fmax 600 kN 時点) に対応する材料試験機をお勧めします。M12 ねじから始めると、最大 1200 kN の力が必要ですが、M18 以降では、最大力 2,500 kN の試験機が必要になります。
硬化した試験片グリップを使用することで、完成したファスナーだけでなく、旋削ねじとボルト、および止めねじに対しての効率的試験が可能となります。対応する試験片ホルダーを備えた試験片は、前面から自由にアクセスできる試験片グリップに挿入され、自動的に引張軸の中心に配置されます。くさび荷重下での引張試験では、角度付きヘッドマウントは4°、6°、10°の角度増分で利用できます。
オフセット降伏量を決定するには伸び計が必要です 機械加工された試験片の引張試験では、マクロ伸び計などの接触バージョンから光学ビデオ伸び計まで、一般的に使用されるあらゆるタイプの伸び計を適用できます。
試験機で試験片を掴むには、対応するヘッドマウントとネジ山付きマウントを備えたネジ試験用の試験片グリップが使用され、規格で指定された最小試験片長さへの準拠が保証されます。
ねじファスナーの硬さ試験
硬さの決定には、ビッカース（ISO 6507-1）、ブリネル（ISO 6506-1）、またはロックウェル（ISO 6508-1）の方法を使用できます。
ビッカース硬さ試験 には、最小荷重10 HVが適用されます。ブリネル硬さ試験は、主にHBW 1/30またはHBW 2.5/187.5で行われます。ロックウェル硬さ試験では、プロパティ4.6-6.8のファスナーにはスケールB（HRB）が使用され、プロパティクラス8.8-12.9にはスケールC（HRC）が使用されます。合意がある場合は、ビッカース硬さを参考として使うことが出来ます。
硬さは、断面または表面で測定されます。最初のケースでは、断面の試験片はねじ切り領域から取得されます。圧痕はファスナーの軸の近くに作られ、結果として生じる硬度はコア硬度とも呼ばれます。表面の硬度を測定する場合、コーティングを除去した後の表面は平坦でなければなりません（例：ヘッド、ファスナーの端、ねじのないシャンク）。
焼戻し試験では、ビッカース硬度を熱処理の前後で測定します。焼戻し後の硬度の低下は、もしあれば、20ビッカース単位未満でなければなりません。
脱炭および浸炭試験では、ねじ軸を通る縦断面で2.942 N（HV 0.3）の試験力でビッカース硬さ試験を行います。ねじ山ゾーンは、表面までの距離が異なる決められた3点で測定されます。小さすぎたり、大きすぎる測定値の違いは、脱炭または浸炭を示しています。
ファスナーのシャルピー衝撃試験
シャルピー衝撃試験の目的は、低温でのファスナー材料の荷重能力を決定することです。シャルピーVノッチ試験片はファスナーから切り取る必要があるため、公称直径は少なくとも16mmでなくてはなりません。 ISO148-1シャルピー振り子衝撃試験では、この試験方法が説明されています。
