ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606: Испытание болтов
В стандартах ISO 898-1, ISO 3506-1 и ASTM F606 приводится описание испытаний стальных болтов и их механических и физических свойств: например, прочность при растяжении, условный предел текучести, удлинение разрушения или твердость.
- Стандарт ISO 898-1 регламентирует механические свойства соединительных элементов из углеродистой и легированной стали (болты с регламентированными классами прочности - обычная резьба и мелкая резьба)
- Стандарт ISO 3506-1 регламентирует механические свойства соединительных элементов из устойчивой к коррозии нержавеющей стали (болты с регламентированными марками стали и классами прочности)
- ASTM F606: Standard Test Methods for Determining the Mechanical Properties of Externally and Internally Threaded Fasteners, Washers, Direct Tension Indicators, and Rivets
В качестве важнейших соединительных элементов болты используются не только в промышленности, но и в повседневной жизни. Они участвуют в сборке комплексных машин и установок, а также автомобилей и зданий. Т.к. в таких соединительных элементах концентрируются механические напряжения, крайне важна конструктивная целостность болтов. Поэтому к болтам и гайкам предъявляются строгие требования в плане безопасности.
Обзор испытательных методик Классы прочности Испытание на растяжение Испытание на пробную нагрузку Испытание ударом по головке Определение твердости Испытание на кручение Испытание образцов с надрезом на ударный изгиб Испытательные системы
Испытание болтов по ISO 898-1
В таблице ниже представлен обзор регламентированных в стандарте ISO 898-1 механических испытательных методик.
В различных методиках механических испытаний различают готовые и цельные болты, а также болты с полной и уменьшенной нагрузочной способностью.
Готовые болты - это болты, для которых производственные процессы завершены. Т.е. это «законченные» болты.
Полноразмерные болты - это готовые болты, у которых диаметр стрежня сохраняется «цельным». Их также называют болтами со сплошным стержнем. Это обозначение исключает болты с ослабленным и утонённым стержнем, а также полые болты.
Болты с уменьшенной нагрузочной способностью в большинстве случаев из-за геометрии головки (т.н. болты с нестандартными головками) нельзя подвергать полной нагрузке в отличие от болтов с типовой геометрией того же класса прочности. Такие болты отмечают цифрой «нуль» на первом месте числа.
| Фрагмент стандарта ISO 898-1 | Метод испытания | Определяемые механические характеристики | Болты / тип образца |
|---|---|---|---|
| 9,1 | Испытание на срез с растяжением | Прочность при растяжении | готовые болты с головкой (т.е. не шпильки) |
| 9,2 | Испытание на растяжение | Прочность при растяжении | готовые болты |
| 9.3 | Условный предел текучести, удлинение разрушения | цельные болты | |
| 9.4 | Прочность при растяжении | болты с уменьшенной допустимой нагрузкой | |
| 9.5 | болты с утоненным стержнем | ||
| 9.6 | Испытание на пробную нагрузку | Напряжение при усилии испытания, остаточное удлинение | готовые болты |
| 9.7 | Испытание на растяжение | Прочность при растяжении, предел текучести/условный предел текучести, деформация разрушения, относительное сужение | болты с изношенной резьбой |
| 9.8 | Испытание ударом по головке | Вязкость головки | болты с головкой |
| 9.9 | Определение твердости | Твердость по Виккерсу, Бринеллю или Роквеллу | все болты, но в особенности те, которые слишком малы для испытания на растяжение |
| 9.10 | Испытание на декарбонизацию | Твердость поверхности (HV 0,3) | болты классов прочности 8.8 – 12.9 |
| 9.11 | Испытание на цементацию | ||
| 9.12 | Испытание на повторный отпуск | ||
| 9.13 | Испытание на кручение | Крутящий момент разрушения | все болты, кроме болтов с утоненным стержнем |
| 9.14 | Испытания образцов с надрезом на ударный изгиб | Работа удара | вырезанные образцы из болтов диаметром ≥ 16 мм |
Классы прочности болтов
Классы прочности болтов указываются двумя цифрами, отделенными друг от друга точкой. Цифра слева от точки обозначает прочность при растяжении в МПа, деленную на 100. Цифра справа от точки обозначает десятикратную величину соотношения пределов текучести или условных пределов текучести.
Например, болт с классом прочности 9.8 располагает следующими характеристиками:
- Номинальная прочность при растяжении: Rm = 9 × 100 МПа = 900 МПа
- Соотношение пределов текучести: Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0,8
- Предел текучести: Re = 0,8 × 900 МПа = 720 МПа
Класс прочности гайки определяется единственной цифрой, соответствующей наивысшему классу прочности болта, с которым разрешено сопрягать гайку. Например, гайку класса прочности 9 разрешено сопрягать с болтом прочностью до 9.8.
Обзор, классы прочности болтов
| Характеристика материала | 3,6 | 4,6 | 4,8 | 5,6 | 5,8 | 6,8 | 8,8 | 9,8 | 10,9 | 12,9 |
Предел текучести Re | 180 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | 640 | 720 | 900 | 1080 |
| Прочность при растяжении Rm (Н/мм²) | 330 | 400 | 420 | 500 | 520 | 600 | 830 | 900 | 1040 | 1220 |
Испытание болтов на растяжение по ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606
Болты представляют собой изделия, которые очень тщательно подбираются для промышленного применения и прецизионно адаптируются к конструкции. Поэтому для проверки надежности резьбовых соединений необходимо точно определять модуль упругости растяжения и границы упругого нагружения в процессе испытания на растяжение. На основе этих характеристик регламентируются пограничные усилия, в пределах которых обеспечивается надежность резьбовых соединений.
Испытание на растяжение во всех вариантах (разделы 9.1-5 и 9.7) должно проводиться по ISO 6892-1. Особенности испытания болтов на растяжение приведены в стандартах ISO 898-1, ISO 3506-1 или ASTM F606. Например, скорость испытания не должна превышать 25 мм/мин. Дополнительно при определении предела текучести или условного предела текучести максимальная скорость испытания составляет 10 мм/мин.
Для полноразмерных болтов можно комбинировать регламентированные в разделах 9.2 и 9.3 испытания на растяжение для определения условного предела текучести, прочности при растяжении и удлинения разрушения.
Испытание болтов: Захваты для испытаний болтов на растяжение по ISO 898-1
Испытание болтов: Испытание болтов на растяжение по ISO 898-1
Оборудование для испытаний болтов на растяжение по ISO 898-1, ISO 3506-1
Решающими для выбора параметров испытательной машины являются размер и прочность испытываемых болтов. Для испытаний болтов, начиная с резьбы M8, рекомендуется машина для больших усилий испытания (Fmax от 600 кН). Начиная с резьбы M12, необходимо максимальное усилие 1200 кН, а с резьбы M18 - даже машина с максимальным усилием 2.500 кН.
Использование закаленных сухарей позволяет эффективно проводить испытания как готовых болтов, так и болтов с изношенной резьбой, а также резьбовых шпилек. Образец с подходящими сухарями вставляется в свободно доступный спереди захват и сам собой центрируется на оси растяжения. Для испытания на растяжение со сдвигом предлагаются наклонные сухари под углом 4°,6° и 10°.
Для определения условных пределов текучести необходим экстензометр. При испытании болтов с изношенной резьбой на растяжение можно использовать все типовые экстензометры, от контактных вариантов (например, makroXtens) и вплоть до бесконтактной модели (videoXtens).
Для зажима образца в испытательной машине применяются захваты для испытаний болтов с соответствующими сухарями для головок и резьбы болтов. При этом гарантируется соблюдение регламентированной в стандарте минимальной длины образца.
Испытание болтов на пробную нагрузку по ISO 898-1
Испытание на пробную нагрузку (раздел 9.6) представляет собой испытание на растяжение, проводимое только вплоть до чистой предусмотренной пробной нагрузки. Точное усилие испытания (пробная нагрузка) зависит от резьбы, диаметра болта и класса прочности. Они приведены в стандарте ISO 898-1 в виде таблицы.
В процессе приложения усилия скорость испытания не должна превышать 3 мм/мин. Усилие прикладывается в течение 15 секунд, испытание считается успешным, если болт после испытания не проявляет пластичное удлинение в пределах допустимой погрешности измерения в ±12,5 μм.
Испытание болтов ударом по головке
При испытании ударом по головке болт под наклоном вставляется в жесткий блок с предварительно просверленным отверстием. При ударном нагружении головка болта изгибается на определенный угол без проявления признаков растрескивания. Это испытание проводится преимущественно на болтах, слишком коротких для испытания на растяжение со сдвигом.
Испытание образцов с надрезом на ударный изгиб проводится только в том случае, если этого требует производственный стандарт, или по договоренности между производителем и заказчиком.
Определение твердости болтов
Для определения твердости допустимы методы испытаний по Виккерсу (ISO 6507-1), Бринеллю (ISO 6506-1) или Роквеллу (ISO 6508-1).
Для определения твердости по Виккерсу действительной является минимальная ступень нагрузки в HV 10. Определение твердости по Бринеллю проводится, главным образом, с HBW 1/30 или HBW 2,5/187,5. При определении твердости по Роквеллу используется шкала B (HRB) для болтов с классами прочности 4.6 – 6.8 и шкала C (HRC) для болтов с классами прочности 8.8 – 12.9. В спорном случае в качестве эталона следует использовать метод определения твердости по Виккерсу.
Твердость измеряется либо на сечении, либо на поверхности. В первом случае извлекается образец с поперечным сечением из зоны резьбы. Отпечатки наносятся поблизости от оси болта, полученную твердость также называют твердостью сердцевины. Если твердость измеряется на поверхности, то это должно происходить на ровной плоскости (например, на головке, на конце или на стержне без резьбы) после удаления всех покрытий.
При испытании на повторный отпуск измеряется твердость по Виккерсу до и после термообработки. При этом твердость не должна уменьшиться более чем на 20 единиц по Виккерсу.
При испытании на обезуглероживание и науглероживание измеряется твердость по Виккерсу с усилием испытания 2,942 Н (HV 0,3) на продольном сечении по оси резьбы. Испытание проводится в зоне резьбы в трех регламентированных точках с различным расстоянием до поверхности. Слишком малая или слишком большая разница в измеренных значениях указывает на обезуглероживание или науглероживание.
Испытание болтов с надрезом на ударный изгиб
Целью испытания образцов с надрезом на ударный изгиб является определение нагрузочной способности материала болта при низкой температуре. Т.к. образец с V-образным надрезом по Шарпи вырезается из болта, то номинальный диаметр должен составлять минимум 16 мм. Описание методики испытания приведено в стандарте ISO 148-1 (испытание образца с надрезом по Шарпи на ударный изгиб).
