ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606: Badanie śrub
Normy ISO 898-1, ISO 3506-1 i ASTM F606 opisują badanie śrub stalowych śrub oraz ich właściwości mechaniczne i fizyczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, granice wydłużenia, wydłużenie przy zerwaniu lub twardość.
- W normieISO 898-1 określono właściwości mechaniczne elementów złącznych wykonanych ze stali węglowej i stopowej (śruby o określonych klasach wytrzymałości - gwint standardowy i drobnozwojny)
- W normieISO 3506-1 określono właściwości mechaniczne elementów złącznych wykonanych wykonane ze stali nierdzewnej odpornej na korozję (śruby z określonego rodzaju stali i klasy wytrzymałości)
- ASTM F606: Standard Test Methods for Determining the Mechanical Properties of Externally and Internally Threaded Fasteners, Washers, Direct Tension Indicators, and Rivets
Jako jeden z najważniejszych elementów złącznych, śruby są wszechobecne nie tylko w przemyśle, ale także w życiu codziennym. Umożliwiają budowę skomplikowanych maszyn i systemów, a także pojazdów i budynków. Ponieważ w takich połączeniach skupiają się naprężenia mechaniczne, integralność śrub jest niezwykle ważna. Dlatego śruby i nakrętki podlegają rygorystycznym wymogom bezpieczeństwa.
Przegląd metod badawczych Klasy wytrzymałości Badanie na rozciąganie Próba siły badawczej Badanie udarności główki Badanie twardości Badanie skręcania Udarnościowa próba z karbem Systemy badawcze
Badanie śrub zgodnie z ISO 898-1
Poniższa tabela zawiera przegląd metod badań mechanicznych określonych w normie ISO 898-1 .
Różne metody badań mechanicznych rozróżniają śruby gotowe i całe, a także śruby o pełnej i zmniejszonej nośności.
Gotowe śruby to śruby, których procesy produkcyjne zostały zakończone. Są to więc wyprodukowane śruby „gotowe”.
Całe śruby to gotowe śruby, w których średnica wału pozostaje „cała”. Mówi się także o śrubach pełnowałowych. Oznaczenie to nie obejmuje śrub cienkich i rozprężnych oraz śrub drążonych.
Śruby o zredukowanej nośności ze względu na geometrię łba (tzw. śruby ze słabym łbem), z reguły nie są w pełni nośne, jak śruby o typowej geometrii tej samej klasy wytrzymałości. Takie śruby są oznaczone zerem wiodącym.
| Ustęp ISO 898-1 | Procedura badawcza | Do ustalenia właściwości mechaniczne | Śruby ewent. typ próby |
|---|---|---|---|
| 9,1 | Ukośne badanie na rozciąganie | Wytrzymałość na rozciąganie | gotowe śruby z łbem (tzn. śruby nie dwustronne) |
| 9,2 | Badanie na rozciąganie | Wytrzymałość na rozciąganie | gotowe śruby |
| 9,3 | Granica wydłużenia, wydłużenie przy zerwaniu | całe śruby | |
| 9,4 | Wytrzymałość na rozciąganie | Śruby ze zredukowaną nośnością | |
| 9,5 | Śruby z wałkiem rozprężnym | ||
| 9,6 | Próba siły badawczej | Naprężenie pod siłą badawczą, pozostałe wydłużenie | gotowe śruby |
| 9,7 | Badanie na rozciąganie | Wytrzymałość na rozciąganie, Granica plastyczności/Granica wydłużenia, Wydłużenie przy zerwaniu, Przewężenie przy zerwaniu | śruby toczone |
| 9,8 | Badanie udarnościowe łba | Wytrzymałość łba | Śruba z łbem |
| 9,9 | Badanie twardości | Twardość według Vickersa, Brinella lub Rockwella | wszystkie śruby, ale w szczególności, które są za małe do próby na rozciąganie |
| 9.10 | Próba odwęglenia | Twardość powierzchni (HV 0,3) | Śruby o klasach wytrzymałości 8.8 – 12.9 |
| 9.11 | Próba nawęglania | ||
| 9.12 | Próba ponownej obróbki | ||
| 9.13 | Próba skręcania | Moment skręcający przy zniszczeniu | wszystkie śruby z wyjątkiem śrub z wałem rozprężnym |
| 9.14 | Udarnościowa próba zginania z karbem | Praca udaru | próbki obrobione ze śrub o średnicy ≥ 16 mm |
Klasy wytrzymałości śrub
Klasy wytrzymałości śrub są oznaczone dwiema liczbami oddzielonymi kropką. Liczba po lewej stronie kropki to wytrzymałość na rozciąganie w MPa podzielona przez 100. Liczba po prawej stronie kropki wskazuje dziesięciokrotność granicy plastyczności lub współczynnika granicy plastyczności .
Przykładowo śruba o klasie wytrzymałości 9.8 będzie miała następujące wartości nominalne:
- Nominalna wytrzymałość na rozciąganie: Rm = 9 × 100 MPa = 900 MPa
- Współczynnik granicy plastyczności: Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0,8
- Granica plastyczności: Re = 0,8 × 900 MPa = 720 MPa
Klasa wytrzymałości nakrętki definiuje się za pomocą pojedynczej liczby odpowiadającej najwyższej klasie wytrzymałości śruby, z którą można łączyć nakrętkę. Na przykład nakrętkę o klasie wytrzymałości 9 można połączyć ze śrubą o wytrzymałości do 9,8.
Przegląd klas wytrzymałości śrub
| Wartość charakterystyczna materiału | 3.6 | 4.6 | 4.8 | 5.6 | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9 |
Granica plastyczności Re | 180 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | 640 | 720 | 900 | 1080 |
| Wytrzymałość na rozciąganie Rm (N/mm²) | 330 | 400 | 420 | 500 | 520 | 600 | 830 | 900 | 1040 | 1220 |
Próba na rozciąganie śrub zgodnie z ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606
Śruby to elementy starannie dobrane pod kątem ich zastosowania przemysłowego i precyzyjnie dopasowane do projektu. Dla zapewnienia bezpieczeństwa połączenia śrubowego istotne jest także dokładne określenie modułu sprężystości przy rozciąganiu oraz granic naprężeń sprężystych w próbie rozciągania. W tym miejscu określane są siły graniczne dla bezpiecznego połączenia śrubowego.
Próbę rozciągania we wszystkich jej wariantach (rozdziały 9.1-5 i 9.7) należy przeprowadzić zgodnie z normą ISO 6892-1 . Specjalne cechy próby rozciągania śrub są omówione w normach ISO 898-1, ISO 3506-1 lub ASTM F606. Na przykład prędkość badania nie może przekraczać 25 mm/min. Dodatkowo obowiązuje przy określaniu granicy plastyczności ewent. granicy wydłużenia maksymalna prędkość badawcza 10 mm/min.
W przypadku całych śrub badania określone w sekcjach 9.2 i 9.3 mające na celu określenie granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu można połączyć w próbie rozciągania.
Badanie śrub: Uchwyty mocujące do badania na rozciąganie śrub zgodnie z ISO 898-1
Badanie śrub: Badanie na rozciąganie śrub zgodnie z ISO 898-1
Wyposażenie badawcze do próby rozciągania śrub zgodnie z ISO 898-1, ISO 3506-1
Przy wymiarowaniu maszyny wytrzymałościowej kluczowy jest rozmiar i wytrzymałość badanych śrub. Do śrub od gwintu M8 zaleca się maszynę wytrzymałościową do większych sił (od Fmax 600 kN). Od gwintu M12 wymagana jest maksymalna siła 1200 kN, a od gwintu M18 wymagana jest maszyna wytrzymałościowa o maksymalnej sile 2500 kN.
Zastosowanie hartowanych przyłączy próbki umożliwia sprawne badanie zarówno gotowych wkrętów, jak i toczonych wkrętów i wkrętów dociskowych. Próbkę wkłada się za pomocą odpowiedniego przyłącza do uchwytu mocującego, który jest łatwo dostępny od przodu i centruje się w osi rozciągania. Do próby rozciągania ukośnego dostępne są skośne przyłącza łba o kątach co 4°, 6° i 10°.
Do określenia granic wydłużenia wymagany jest ekstensometr . Do badania rozciągania luźnych śrub można stosować wszystkie typowe ekstensometry, od wersji kontaktowych, takich jak makroXtens , po model bezdotykowy videoXtens.
Do mocowania próbki w maszynie wytrzymałościowej stosuje się uchwyty mocujące do badania śrub z odpowiednim przyłączem dla łba i gwintu. Zapewnia to zachowanie minimalnej długości próbki określonej w normie.
Próba siły badawczej śrub zgodnie z ISO 898-1
Próba siły badawczej (ustęp 9.6) jest próbą rozciągania przeprowadzaną wyłącznie do zamierzonej siły badawczej. Dokładna siła badawcza zależy od gwintu, średnicy śruby i klasy wytrzymałości. Są one wymienione w formie tabeli w normie ISO 898-1.
Przy przykładaniu siły badawczej nie wolno przekraczać prędkości badawczej 3 mm/min. Siłę utrzymuje się przez 15 sekund i badanie uznaje się za zaliczone, jeżeli po badaniu wkręt nie wykazuje odkształceń plastycznych w granicach dopuszczalnej niepewności pomiaru wynoszącej ±12,5 µm.
Badanie udarności łba śruby
W badaniu udarności łba śruba jest wkładana pod kątem do wstępnie wywierconego stałego bloku. Pod wpływem nagłego uderzenia łeb śruby wygina się pod określonym kątem i nie może wykazywać żadnych śladów pęknięć. Próbę tę przeprowadza się głównie na śrubach, które są zbyt krótkie, aby przeprowadzić badanie rozciągania ukośnego.
Udarnościową próbę zginania z karbem stosuje się w badaniu śrub tylko wtedy, gdy jest to wymagane w normie produktu lub uzgodnione pomiędzy producentem a klientem.
Badanie twardości śrub
Do określenia twardości są dopuszczalne metody według Vickersa (ISO 6507-1), Brinella (ISO 6506-1) lub Rockwella (ISO 6508-1) .
Dla badania twardości według Vickersa obowiązuje minimalny poziom obciążenia HV 10. Badanie twardości według Brinella przeprowadza się głównie przy użyciu HBW 1/30 lub HBW 2,5/187,5. W badaniu twardości według Rockwella skalę B (HRB) stosuje się dla śrub w klasach wytrzymałości 4,6 - 6,8, a skalę C (HRC) dla śrub w klasach wytrzymałości 8,8 - 12,9. W przypadku arbitrażu jako punkt odniesienia należy zastosować badanie twardości Vickersa.
Twardość mierzy się w przekroju poprzecznym lub na powierzchni. W pierwszym przypadku pobierana jest próbka przekroju z obszaru gwintu. Wgłębienia wykonuje się w pobliżu osi śruby, a uzyskana twardość nazywana jest także twardością rdzenia. Jeżeli twardość ma zostać zmierzona na powierzchni, musi to być właściwa powierzchnia (np. łeb, końcówka lub niegwintowany wał), ale dopiero po usunięciu wszystkich powłok.
W próbie ponownej obróbki zostaje zmierzona twardość Vickersa przed i po obróbce cieplnej. Twardość nie może być obniżona o więcej niż 20 jednostek Vickersa.
Podczas próby odwęglania i nawęglania mierzona jest twardość Vickersa siłą badawczą 2,942 N (HV 0,3) na przekroju podłużnym przez oś gwintu, badana jest w strefie gwintu w trzech określonych punktach, w różnych odległościach od powierzchni. Zbyt małe lub zbyt duże różnice w zmierzonych wartościach wskazują na odwęglenie lub nawęglanie.
Udarnościowa próba zginania z karbem śrub
Celem udarnościowej próby zginania z karbem jest sprawdzenie nośności materiału śruby w niskich temperaturach. Ponieważ ze śruby należy wyciąć próbkę z karbem Charpy V, średnica nominalna musi wynosić co najmniej 16 mm. Norma ISO 148-1 Udarnościowa próba zginania z karbem według Charpy opisuje metodę badawczą.
