ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606: Ensaio em parafusos
As normas ISO 898-1, ISO 3506-1 e ASTM F606 descrevem o ensaio em parafusos de parafusos de aço e suas características mecânicas e físicas como por ex. resistência à tração, limite de elasticidade, extensão de ruptura ou dureza.
- A ISO 898-1 define as características mecânicas de elementos de conexão feitos em aço-carbono e liga de aço (parafusos de classe de resistência definida - rosca padrão e rosca fina)
- A ISO 3506-1 define as características mecânicas de elementos de conexão feitos em aços resistentes à corrosão inoxidáveis (parafusos de qualidade de aço e classe de resistência definidas)
- ASTM F606: Standard Test Methods for Determining the Mechanical Properties of Externally and Internally Threaded Fasteners, Washers, Direct Tension Indicators, and Rivets
Como um dos elementos de conexão mais importantes, os parafusos não são onipresentes somente na indústria, mas também no dia-a-dia. Eles permitem a construção de máquinas e instalações complexas da mesma forma como de veículos e edificações. Visto que as tensões mecânicas se concentram nesses pontos de conexão, a integridade dos parafusos é de suma importância. Por esse motivo os parafusos e as porcas estão sujeitos a rigorosos requisitos de segurança.
Visualização dos métodos de ensaio Classes de resistência Ensaio de tração Ensaio de prova de carga Ensaio de impacto Ensaio de dureza Ensaio de torção Ensaio de impacto Charpy Sistemas de ensaio
Ensaio em parafusos conforme ISO 898-1
A tabela a seguir demonstra uma visualização dos métodos de ensaios mecânicos definidos em ISO 898-1.
Nos diferentes métodos de ensaios mecânicos se distingue entre parafusos acabados e parafusos inteiros assim como entre parafusos de resistência à carga plena e parafusos de resistência à carga reduzida.
Parafusos acabados são parafusos cujos processos de fabricação foram concluídos. Portanto, são parafusos “acabados”.
Parafusos inteiros são parafusos acabados cujo diâmetro da haste é “inteiramente” preservado. Também são chamados de parafusos plena hastes. Esta designação exclui parafusos de haste fina e parafusos de haste de expansão assim como parafusos vazados.
Parafusos de resistência reduzida não possuem, na maioria das vezes em decorrência da geometria de sua cabeça (assim chamados parafusos de cabeça fraca) a plena resistência como os parafusos da mesma classe de resistência com a geometria típica. Esses parafusos são identificados por um zero anteposto.
| Seção da ISO 898-1 | Método de ensaio: | Características mecânicas a serem determinadas | Parafusos e tipo de amostra |
|---|---|---|---|
| 9,1 | Ensaio de tração diagonal | Resistência à tração | parafusos acabados com cabeça (ou seja, não usar parafuso prisioneiro) |
| 9,2 | Ensaio de tração | Resistência à tração | parafusos acabados |
| 9,3 | Limite de elasticidade, extensão da ruptura | parafusos inteiros | |
| 9,4 | Resistência à tração | parafusos de resistência reduzida | |
| 9,5 | parafusos de haste de expansão | ||
| 9,6 | Ensaio de prova de força | Tensão sob força de ensaio, extensão permanente | parafusos acabados |
| 9,7 | Ensaio de tração | Resistência à tração, Limite de escoamento/Limite de elasticidade, Deformação na ruptura, Estricção de ruptura | parafusos forçados |
| 9,8 | Ensaio de impacto na cabeça | Resistência da cabeça | Parafusos de cabeça |
| 9,9 | Ensaio de dureza | Dureza conforme Vickers, Brinell ou Rockwell | todos os parafusos, mas especialmente os parafusos de tamanho insuficiente para o ensaio de tração |
| 09.10 | Ensaio de descarbonização | Dureza da superfície (HV 0,3) | Parafusos das classes de resistência 8.8 – 12.9 |
| 09.11 | Ensaio de carbonização | ||
| 09.12 | Ensaio de recozimento | ||
| 09.13 | Ensaios de torção | Torque de ruptura | todos os parafusos exceto parafusos de haste de expansão |
| 09.14 | Ensaios de impacto Charpy | Energia absorvida | amostras feitas por meio de usinagem a partir de parafusos ≥ 16 mm em diâmetro |
Classes de resistência de parafusos
Classes de resistência de parafusos são indicados por dois números separados por um ponto. O número à esquerda do ponto é a resistência à tração em MPa dividida por 100. O número à direita do ponto indica a taxa de limite de escoamento ou a taxa de limite de elasticidade multiplicada por dez.
Um parafuso da classe de resistência 9.8 teria por ex. os seguintes valores nominais:
- Resistência à tração nominal: Rm = 9 × 100 MPa = 900 MPa
- Taxa do limite de escoamento Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0,8
- Limite de escoamento Re = 0,8 × 900 MPa = 720 MPa
A Classe de resistência de uma porca é definida por um único número que corresponde à classe de resistência máxima de um parafuso com o qual a porca pode ser utilizada. Uma porca da classe de resistência 9 pode ser utilizada por ex. com um parafuso até a classe de resistência 9.8.
Visualização das classes de resistência de parafusos
| Valor característico do material | 3,6 | 4,6 | 4,8 | 5,6 | 5,8 | 6,8 | 8,8 | 9,8 | 10,9 | 12,9 |
Limite de escoamento Re | 180 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | 640 | 720 | 900 | 1080 |
| Resistência à tração Rm (N/mm²) | 330 | 400 | 420 | 500 | 520 | 600 | 830 | 900 | 1040 | 1220 |
Ensaio de tração em parafusos conforme ISO 898 -1, ISO 3506-1, ASTM F606
Os parafusos são componentes que, devido à sua aplicação na indústria, são escolhidos 1com cuidado e utilizados com precisão na construção. Para isso, e também para a segurança das conexões fixas com parafusos, é essencial determinar, com exatidão, o módulo de elasticidade e os limites da tensão em ensaio de tração. A partir destes são determinadas as forças limite para uma conexão segura com parafusos.
O ensaio de tração em todas suas variantes (Secções 9.1-5 e 9.7) deve ser executado conforme ISO 6892-1. As peculiaridades para o ensaio de tração em parafusos são abordadas nas normas ISO 898-1, ISO 3506-1 ou ASTM F606. A velocidade de ensaio por ex. não deve exceder 25 mm/min. Adicionalmente se aplica na determinação do limite de escoamento e/ou limite de elasticidade a velocidade de ensaio máxima de 10 mm/min.
Para parafusos inteiros, os ensaios definidos nas Secções 9.2 e 9.3 para determinação do limite de elasticidade, resistência à tração e extensão da ruptura podem ser combinados em um único ensaio de tração.
Ensaio em parafusos Garras para ensaios de tração em parafusos conforme ISO 898-1
Ensaio em parafusos Ensaio de tração em parafusos conforme ISO 898-1
Equipamento de ensaio para o ensaio de tração em parafusos conforme ISO 898-1, ISO 3506-1
Para o dimensionamento de uma máquina para ensaios de materiais são decisivos o tamanho e a resistência dos parafusos a serem testados. Para parafusos a partir de rosca M8 é recomendada uma máquina para ensaios para altas forças de ensaio (a partir de Fmáx. 600 kN). A partir de rosca M12 é necessária a força máxima de 1200 kN, a partir de rosca M18 inclusive uma máquina para ensaios com força máxima de 2.500 kN.
A utilização de fixadores de amostra endurecidos permite o ensaio eficiente de parafusos acabados e de parafusos forçados e pinos roscados. A amostra é inserida com o fixador de amostra apropriado na garra livremente acessível pela parte dianteira e centralizada automaticamente no eixo tensor. Para o ensaio de tração diagonal estão disponíveis insertos de cabeça diagonais com graduação angular de 4°,6° e 10°.
Para a determinação dos limites de elasticidade é necessário um extensômetro . No ensaio de tração em parafusos forçados podem ser utilizados todos os extensômetros típicos, desde modelos de contato com o makroXtens até o modelo sem contato videoXtens.
Para a fixação da amostra na máquina para ensaios de materiais são utilizadas garras para ensaio de parafusos com os respectivos alojamentos para a cabeça e para a rosca. Nisso é assegurado que o comprimento mínimo da amostra indicado na norma seja observado.
Ensaio de prova de força em parafusos conforme ISO 898-1
O ensaio de prova de força (Seção 9.6) é um ensaio de tração que é executado somente até uma força de ensaio prevista. A força de ensaio exata depende da rosca, do diâmetro do parafuso e da classe de resistência. Eles são demonstrados em forma de tabela na ISO 898-1.
Na aplicação da força de ensaio a velocidade de ensaio de 3 mm/min não deverá ser excedida. A força é mantida por 15 segundos e o ensaio será concluído com sucesso quando o parafuso após o ensaio não apresenta deformação plástica nos limites da incerteza de medição admissível de ±12,5 μm.
Ensaio de impacto na cabeça em parafusos
No ensaio de impacto na cabeça o parafuso é inserido diagonalmente em um bloco fixo com furação prévia. Por meio de exposição ao impacto a cabeça do parafuso é torcida em um ângulo definido e, na sequência, não deverá apresentar sinais de trincas. Este ensaio é executado predominantemente em parafusos de comprimento insuficiente para o ensaio de tração diagonal.
O ensaio de impacto Charpy é utilizado no ensaio em parafusos somente quando exigido em uma norma de produto ou quando acordado entre o fabricante e o cliente.
Ensaio de dureza em parafusos
Para a determinação da dureza são admissíveis os métodos conforme Vickers (ISO 6507-1), Brinell (ISO 6506-1) ou Rockwell (ISO 6508-1).
Para o ensaio de dureza conforme Vickers se aplica o nível de carga mínima de HV 10. O ensaio de dureza conforme Brinell é executado principalmente com HBW 1/30 ou HBW 2,5/187,5. No ensaio de dureza conforme Rockwell é utilizada a escala B (HRB) para parafusos das classes de resistência 4.6 – 6.8 e a escala C (HRC) para os das classes de resistência 8.8 – 12.9. Em caso de dúvida deve ser utilizado como referência o ensaio de dureza conforme Vickers.
A medição da dureza é feita na seção transversal ou na superfície. No primeiro caso uma amostra da seção transversal é retirada da região da rosca. Indentações são feitas na proximidade do eixo do parafuso e a dureza resultante também é chamada de dureza do núcleo. Quando a medição da dureza é feita na superfície, ela deve ser feita em uma superfície plana (por ex. na cabeça, na abóbada ou na parte da haste sem rosca) após a remoção de todos os revestimentos.
No ensaio de recozimento a medição da dureza conforme Vickers é feita antes e após o tratamento térmico. Nisso, a diminuição da dureza não deve exceder 20 unidades Vickers.
No ensaio de descarbonização e de carbonização a medição da dureza conforme Vickers é feita com a força de ensaio de 2,942 N (HV 0,3) em um corte longitudinal passando pelo eixo da rosca. O ensaio é feito na região da rosca em três pontos definidos com diferentes distâncias da superfície. Diferenças muito pequenas e/ou muito grandes nos valores de medição indicam uma descarbonização e/ou carbonização.
Ensaio de impacto Charpy em parafusos
O objetivo do ensaio de impacto Charpy é a verificação da resistência do material dos parafusos a temperaturas baixas. Visto que do parafuso deve ser recortada uma amostra de entalhe em V tipo Charpy, o diâmetro nominal deve ser no mínimo de 16 mm. A norma ISO 148-1 ensaio de impacto Charpy descreve o método de ensaio.
