ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606 1: Zkoušení spojovacích součástí (se závity)
Normy ISO 898-1, ISO 3506-1 a ASTM F606 popisují zkoušky závitových spojovacích součástí (šroubů, vrutů a svorníků) včetně ocelových šroubů a jejich mechanických a fyzikálních vlastností, jako je pevnost v tahu, smluvní mez kluzu (minimální napětí), tažnost a tvrdost.
- ISO 898-1 stanovuje mechanické vlastnosti spojovacích součástí z uhlíkové a legované oceli (šrouby, vruty a svorníky s určenými třídami vlastností – hrubý závit a jemný závit).
- ISO 3506-1 stanovuje mechanické vlastnosti spojovacích prvků z korozivzdorné oceli (šrouby, vruty a svorníky se stanovenými jakostmi a třídami vlastností).
- ASTM F606: Standardní zkušební metody pro stanovení mechanických vlastností spojovacích prvků s vnějším a vnitřním závitem, podložek, indikátorů přímého tahu a nýtů.
Šrouby, vruty a svorníky jsou jako jedny z nejdůležitějších spojovacích prvků považovány za univerzálně důležité nejen v průmyslu, ale i pro každodenní použití. Šrouby a matice se používají při konstrukci strojů a zařízení, ale i vozidel a budov. Vzhledem k tomu, že se v těchto typech spojovacích prvků mechanické namáhání koncentruje, je jejich integrita mimořádně důležitá. Proto se na šrouby, vruty a matice vztahují přísné bezpečnostní požadavky.
Přehled zkušebních metod Třídy vlastností Zkouška tahem Ověřovací zkouška Zkouška pevnosti hlavy Zkouška tvrdosti Zkouška v krutu Zkouška vrubové houževnatosti Zkušební systémy
Zkoušení spojovacích součástí (se závity) ISO 898-1
Následující tabulka uvádí přehled mechanických zkušebních metod uvedených v normě ISO 898-1.
V různých mechanických zkušebních metodách se rozlišuje mezi kompletními spojovacími součástmi a mezi spojovacími prvky s úplnou a sníženou únosností.
Kompletní spojovací součásti jsou spojovací prvky, u nichž byly dokončeny všechny výrobní kroky. Jedná se tedy o zcela hotové spojovací součásti.
Spojovací prvky plné velikosti jsou hotové spojovací součásti, u nichž je průměr dříku plně zachován pro zkoušku tahem. Označují se také jako spojovací součásti s plným dříkem. Toto označení nezahrnuje tenké a rozpěrné šrouby a spojovací čepy.
Spojovací prvky se sníženou únosností nejsou obvykle plně zatížitelné kvůli geometrii hlavy (tzv. šrouby s oslabenou hlavou), na rozdíl od šroubů s typickou geometrií stejné třídy vlastností. Takové šrouby jsou označeny nulou na počátku.
| Výňatek z normy ISO 898-1 | Zkušební metody | Stanovené mechanické vlastnosti | Typ součásti nebo zkušebního tělesa |
|---|---|---|---|
| 9,1 | Zkouška tahem pod zatížení klínem | Pevnost v tahu | Zkoušení svorníků a šroubů (kromě čepů) |
| 9,2 | Zkouška tahem | Pevnost v tahu | Hotové svorníky, šrouby a čepy |
| 9,3 | Smluvní mez kluzu, tažnost | Šrouby, vruty a svorníky plné velikosti | |
| 9,4 | Pevnost v tahu | Šrouby a vruty se sníženou únosností | |
| 9,5 | Spojovací prvky s dříkem | ||
| 9,6 | Ověřovací zkouška | Ověřovací napětí, trvalé prodloužení | Hotové svorníky, šrouby a čepy |
| 9,7 | Zkouška tahem | Mez pevnosti v tahu, mez kluzu / smluvní mez kluzu, tažnost při přetržení, zúžení | Obráběná zkušební tělesa |
| 9,8 | Zkouška spolehlivosti hlavy | Pevnost hlavy | Svorníky a šrouby |
| 9,9 | Zkoušky tvrdosti | Zkouška tvrdosti podle Vickerse, Brinella nebo Rockwella | Všechny šrouby a vruty, zejména ty, které jsou pro zkoušku tahem příliš malé |
| 9,10 | Analýza oduhličení | Povrchová tvrdost (HV 0,3) | Třída jakosti 8.8 až 12.9 |
| 9,11 | Analýza cementace | ||
| 9,12 | Retemperační zkouška | ||
| 9,13 | Zkouška v krutu | Moment porušení | Všechny šrouby s výjimkou šroubů s drážkovaným dříkem |
| 9,14 | Zkouška rázem metodou Charpy | Houževnatost (při rázovém zatížení) | Obrobená zkušební tělesa ze šroubů, vrutů a svorníků o průměru ≥ 16 mm |
Třídy jakosti
Třídy jakosti šroubů a vrutů jsou označeny dvěma čísly oddělenými tečkou. Číslo vlevo od tečky je pevnost v tahu v MPa děleno 100. Číslo napravo od tečky označuje desetinásobek meze kluzu nebo smluvní meze kluzu.
Například šroub třídy vlastností 9.8 bude mít následující jmenovité hodnoty:
- Nominální pevnost v tahu: Rm = 9 × 100 MPa = 900 MPa
- Poměr zpevnění: Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0,8
- Mez kluzu: Re = 0,8 × 900 MPa = 720 MPa
Třída jakosti matice je označena jedním číslem, které odpovídá nejvyšší třídě vlastností šroubu, s nímž lze matici spojit. Matici třídy jakosti 9 lze například spojit se šroubem až do třídy jakosti 9.8.
Přehled tříd jakosti
| Charakteristika materiálů | 3,6 | 4,6 | 4,8 | 5,6 | 5,8 | 6,8 | 8,8 | 9,8 | 10,9 | 12,9 |
Mez kluzu Re | 180 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | 640 | 720 | 900 | 1080 |
| Mez pevnosti Rme (MPa) | 330 | 400 | 420 | 500 | 520 | 600 | 830 | 900 | 1040 | 1220 |
Zkouška tahem spojovacích součástí podle ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606
Závitové spojovací součásti jsou vybírány velmi pečlivě s ohledem na jejich průmyslové použití a začlenění do konstrukce. Přesné stanovení modulu pružnosti v tahu a meze úměrnosti při zkoušce tahem je nezbytné, protože tyto hodnoty určují mezní síly potřebné pro bezpečné a spolehlivé závitové spojení.
Podle normy ISO 6892-1 musí být provedeny všechny body zkoušky tahem (oddíly 9.1-5 a 9.7). Zkouška tahem spojovacích součástí je uvedena v normách ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606. Zkušební rychlost nesmí například překročit 25 mm/min. Pro stanovení meze kluzu nebo smluvní meze kluzu platí maximální zkušební rychlost 10 mm/min.
U plnorozměrových spojovacích součástí lze zkoušky definované v oddílech 9.2 a 9.3 pro stanovení smluvní meze kluzu, meze pevnosti v tahu a tažnosti provést společně v rámci jedné zkoušky tahem.
Zkoušení spojovacích součástí se závity: Upínací přípravky pro zkoušky tahem podle ISO 898-1
Zkoušení spojovacích součástí: Zkouška tahem závitových prvků podle ISO 898-1
Vybavení pro zkoušku tahem spojovacích materiálů podle ISO 898-1, ISO 3506-1
Rozhodujícími faktory pro dimenzování zkušebního stroje jsou velikost a pevnost materiálu zkoušených spojovacích součástí. U spojovacích prvků se závitem větším než M8 doporučujeme použít zkušební stroj pro velké zkušební síly (od Fmax. 600 kN). Pro závity M12 a větší je vyžadován zkušební stroj o maximální síle 1 200 kN, od závitu M18 stroj s maximální silou 2 500 kN.
Použití tvrzených upínacích přípravků umožňuje efektivní zkoušení hotových spojovacích součástí, jakož i soustružených šroubů, svorníků a stavěcích šroubů. Vzorek se vloží do úchytů, které jsou volně přístupné zepředu a samy se vystředí do osy tahu. Pro zkoušku tahem při zatížení klínem jsou k dispozici úhlové držáky hlavy v úhlových stupních 4°, 6° a 10°.
Pro stanovení smluvní meze kluzu je nutný průtahoměr. Pro zkoušky tahem na obrobených zkušebních tělesech lze použít jakýkoli typ běžně používaného průtahoměru – od kontaktního provedení, jako je makroXtens, až po optický videoXtens.
K uchycení vzorku ve stroji se používají upínací čelisti a přípravky pro zkoušení šroubů, které zajišťují dodržení minimální délky vzorku stanovené v normě.
Ověřovací zkouška spojovacích součástí (se závity) podle ISO 898-1
Ověřovací zatěžovací zkouška (oddíl 9.6) je zkouška tahem, která se provádí pouze do dosažení určeného zkušebního zatížení. Přesné zkušební zatížení závisí na závitu, průměru spojovací součásti a třídě jakosti. Toto je uvedeno v tabulce v normě ISO 898-1.
Při zatěžování nesmí zkušební rychlost překročit 3 mm/min. Zatížení se udržuje po dobu 15 sekund. Spojovací součást vyhověla, pokud nedošlo k výslednému plastickému prodloužení v rámci přípustné nejistoty měření ±12,5 μm.
Zkouška upínací hlavy spojovacích součástí se závity
Při zkoušce pevnosti hlavy se šroub nebo vrut vloží pod úhlem do předem vyvrtaného pevného bloku. Hlava spojovací součásti se ohne pod definovaným úhlem rázovým pohybem a po zkoušce nesmí být viditelné žádné známky praskání. Tato zkouška se obvykle používá, pokud nelze provést tahovou zkoušku při zatížení klínem, protože spojovací součást je příliš krátká.
Zkouška rázem metodou Charpy se pro zkoušení spojovacích součástí používá pouze v případě, že ji vyžaduje norma výrobku nebo je uzavřena příslušná dohoda mezi výrobcem a zákazníkem.
Zkouška tvrdosti spojovacích součástí se závity
Pro stanovení tvrdosti jsou vhodné metody podle Vickerse (ISO 6507-1), Brinella (ISO 6506-1) nebo Rockwella (ISO 6508-1).
Pro zkoušku tvrdosti podle Vickerse platí minimální zatěžovací síla HV 10. Zkouška tvrdosti podle Brinella se provádí především pomocí HBW 1/30 nebo HBW 2,5/187,5. Pro zkoušky tvrdosti podle Rockwella se používá stupnice B (HRB) pro spojovací součásti třídy jakosti 4.6 – 6.8 a stupnice C (HRC) pro třídy 8.8 – 12.9. V případě arbitráže je referenční metodou zkouška tvrdosti podle Vickerse
Tvrdost se měří buď na průřezu nebo na povrchu. V prvním případě se odebere vzorek z oblasti průřezu se závitem. Vtisky se provádí v blízkosti osy šroubu a výsledná tvrdost se pak označuje jako tvrdost jádra. Pokud se měří tvrdost na povrchu, musí být z místa měření odstraněn případný povlak a povrch musí být rovný (např. hlava, konec dříku nebo část bez závitu).
Při zkoušce vlivu vytvrzení se měří tvrdost podle Vickerse před a po tepelném zpracování. Případné snížení tvrdosti po následném tepelném zpracování musí být menší než 20 Vickersových jednotek.
Při zkoušce oduhličení a nauhličení se zkouší tvrdost podle Vickerse zkušební silou 2,942 N (HV 0,3) na podélném řezu vůči ose závitu. Oblast závitu se měří ve třech definovaných bodech s různou vzdáleností od povrchu. Příliš malé nebo příliš velké rozdíly v naměřených hodnotách jsou známkou oduhličení nebo nauhličení.
Zkouška rázem spojovacích součástí metodou Charpy
Cílem rázové zkoušky metodou Charpy je stanovení únosnosti spojovacích součástí za snížené teploty. Vzhledem k tomu, že ze spojovací součásti musí být vyříznut vzorek podle Charpyho s V-vrubem, musí být jeho jmenovitý průměr alespoň 16 mm. Tuto zkušební metodu popisuje norma ISO 148-1: Zkouška rázem v ohybu metodou Charpy
