ISO 898-1, ISO 3506- 1, ASTM F606: prove su elementi di fissaggio filettati
Gli standard ISO 898-1, ISO 3506-1 e ASTM F606 descrivono i test sui dispositivi di fissaggio filettati (bulloni, viti e codoli), comprese le viti in acciaio e le loro proprietà meccaniche e fisiche, come la resistenza alla trazione, l’offset del limite elastico (sollecitazione minima), l'allungamento dopo la rottura e la durezza.
- ISO 898-1 stabilisce le proprietà meccaniche degli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio e in acciaio legato (bulloni, viti e codoli con classi di proprietà specificate - filettatura a passo grosso e filettatura a passo fine)
- ISO 3506-1 stabilisce le proprietà meccaniche dei dispositivi di fissaggio in acciaio inossidabile resistente alla corrosione (bulloni, viti e codoli con gradi e classi di proprietà specificate)
- ASTM F606: metodo di prova standard per la determinazione delle proprietà meccaniche di elementi di fissaggio filettati esternamente e internamente, rondelle, indicatori di tensione diretta e rivetti.
Questi elementi di fissaggio sono considerati universalmente importanti nella vita di tutti i giorni e non solo in ambito industriale. Sono utilizzati nella costruzione di macchinari e attrezzature complessi, ma anche di veicoli ed edifici. Poiché le sollecitazioni meccaniche si concentrano su questi punti di connessione, l'integrità degli elementi di fissaggio è estremamente importante. Pertanto, bulloni, viti e dadi sono soggetti a severi requisiti di sicurezza.
Metodi di prova Classi di resistenza Prova di trazione Prove di carico Prove di tenacità della testa Prove di durezza Prove di torsione Prove di flessione a impatto con intaglio Sistemi di prova
Prove su elementi di fissaggio filettati in accordo alla normativa ISO 898-1
La tabella seguente fornisce una panoramica del metodo di prova meccanico specificato nella norma ISO 898-1.
Nei diversi metodi per prove meccaniche viene fatta una distinzione tra: elementi di fissaggio finiti e interi, con capacità di carico completa e ridotta.
Elementi di fissaggio finiti: tutte le fasi di produzione sono state completate, quindi sono elementi di fissaggio completamente finiti
Elementi di fissaggio “full-size”: chiamati anche “a gambo pieno” sono elementi finiti in cui il diametro del gambo è completamente tensionato durante le prove di trazione. Da questa categoria sono esclusi i bulloni sottili e a espansione e i bulloni banjo
Elementi di fissaggio con capacità di carico ridotta: a differenza delle viti con la stessa classe di resistenza e geometria tipica, questi elementi (conosciuti come viti a testa debole) non possono essere caricati completamente a causa della loro struttura.
| Estratto della norma ISO 898-1 | Metodi di prova | Proprietà meccaniche da determinare | Tipo di elemento di fissaggio o di provino |
|---|---|---|---|
| 9,1 | Prova di trazione sotto carico a cuneo | Resistenza alla trazione | Bulloni e viti finiti (esclusi codoli) |
| 9,2 | Prove di trazione | Resistenza alla trazione | Bulloni, viti e codoli finiti |
| 9,3 | Offset del limite elastico (minimum stress), allungamento percentuale dopo la frattura | Bulloni, viti e codoli “full-size” | |
| 9,4 | Resistenza alla trazione | Bulloni e viti con capacità di carico ridotta | |
| 9,5 | Elementi di fissaggio con gambo inclinato | ||
| 9,6 | Prova di carico | Sollecitazione sotto carico di prova, allungamento permanente | Bulloni, viti e codoli finiti |
| 9,7 | Prove di trazione | Resistenza alla trazione, resistenza allo snervamento/offset del limite elastico, deformazione a rottura, riduzione dell'area | Provini ricavati da bulloni e viti |
| 9,8 | Prova di tenacità della testa | Resistenza della testa | Bulloni e viti |
| 9,9 | Prove di durezza | Durezze Vickers, Brinell o Rockwell | Tutti i bulloni e le viti, in particolare quelli che troppo piccoli per una prova di trazione |
| 9,10 | Prove di decarburazione | Durezza superficie (HV 0.3) | Classi di resistenza 8.8 - 12.9 |
| 9,11 | Test di carburizzazione | ||
| 9,12 | Test di trattamento termico di rinvenimento | ||
| 9,13 | Prova di torsione | Torsione di rottura | Tutte le viti, ad eccezione di quelle con gambo inclinato |
| 9,14 | Prove di impatto Charpy | Resistenza al carico d'urto | Provini ricavati da bulloni, viti e codoli con diametro ≥ 16 mm |
Classi di resistenza
Le classi di resistenza di bulloni e viti si identificano con due numeri separati da una virgola. Il numero a sinistra della virgola è la resistenza alla trazione in MPa diviso per 100. Il numero a destra indica il decuplo del punto di snervamento o del rapporto del carico di snervamento.
Per esempio, una vite con classe di resistenza 9,8 ha i seguenti valori nominali:
- Resistenza alla trazione nominale: Rm = 9 × 100 MPa = 900 MPa
- Rapporto punto di snervamento Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0.8
- Carico di snervamento: Re = 0.8 × 900 MPa = 720 MPa
La classe di resistenza di un dado viene indicata con un numero intero che corrisponde alla classe più alta della vite con cui il dado può essere accoppiato. Un dado con classe di resistenza 9 può essere abbinato a una vite con classe 9,8.
Panoramica delle classi di resistenza
| Valore caratteristico del materiale | 3,6 | 4,6 | 4,8 | 5,6 | 5,8 | 6,8 | 8,8 | 9,8 | 10,9 | 12,9 |
Resistenza allo snervamento Re | 180 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | 640 | 720 | 900 | 1080 |
| Resistenza alla trazione Rm (N/mm²) | 330 | 400 | 420 | 500 | 520 | 600 | 830 | 900 | 1040 | 1220 |
Prove di trazione su elementi di fissaggio filettati secondo ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606
Gli elementi di fissaggio filettati sono selezionati molto attentamente a seconda dell’applicazione industriale in cui verranno utilizzati in modo che si integrino perfettamente all’interno del prodotto. È importante determinare con accuratezza (tramite test di trazione) i moduli elastici e i limiti dei carichi elastici, così da stabilire le forze limite per un fissaggio filettato sicuro e affidabile.
La prova di trazione, con tutte le sue varianti (Sezioni 9.1-5 e 9.7), deve essere eseguita in accordo alla normativa ISO 6892-1. Le specifiche per le prove di trazione sui dispositivi di fissaggio filettati sono contenute nelle norme ISO 898-1, ISO 3506-1 o ASTM F606. Ad esempio, la velocità di prova non deve superare i 25 mm/min. Inoltre, la velocità massima di prova di 10 mm/min si applica quando si determina la resistenza allo snervamento o l’offset del limite elastico.
Le prove definite nelle sezioni 9.2 e 9.3 per la determinazione del carico di snervamento, della resistenza a trazione e dell’allungamento dopo rottura sugli elementi di fissaggio “full-size” possono essere combinate in un unico test di trazione.
Prove su elementi di fissaggio filettati: afferraggi per test di trazione su elementi di fissaggio filettati secondo 898-1
Prove su elementi di fissaggio filettati: test di trazione su elementi di fissaggio filettati secondo 898-1
Dispositivi di prova per test di trazione su elementi di fissaggio secondo ISO 898-1, ISO 3506-1
La dimensione e la classi di resistenza degli elementi di fissaggio da testare sono due fattori decisivi nella scelta della capacità della macchina di prova. Per gli elementi di fissaggio con filettatura a partire da M8, si consiglia una macchina di prova materiali con carichi elevati (a partire da Fmax 600 kN). A partire da una filettatura M12 è necessaria una forza massima di 1.200 kN e a partire da M18 da 2.500 kN.
L'uso di afferraggi di prova temprati permette di testare in modo efficiente gli elementi di fissaggio finiti, così come viti e bulloni torniti e viti di arresto. Il provino, centrato nell’asse di trazione, con il corrispondente portacampioni viene inserito negli afferraggi, liberamente accessibili dalla parte anteriore. Per la prova di trazione sotto carico a cuneo, sono disponibili supporti a testa angolata con incrementi di 4°, 6° e 10°.
Per determinare l’offset del limite elastico è necessario un estensimetro. Per le prove di trazione su provini lavorati, è possibile utilizzare qualsiasi tipo di estensimetro, dalla versione a contatto come il makroXtens al videoXtens ottico.
Per afferrare il provino nella macchina di prova, vengono utilizzati afferraggi per le prove sulle viti con relativi supporti per la testa e per la filettatura. In questo modo si garantisce il rispetto delle lunghezze minime dei provini specificate nella norma.
Prova di carico su elementi di fissaggio filettati secondo ISO 898-1
La prova di carico (sezione 9.6) è una prova di trazione eseguita fino al puro carico di prova previsto. Il carico di prova esatto dipende dalla filettatura, dal diametro dell'elemento di fissaggio e dalla classe di resistenza. Questi dati sono elencati in una tabella all’interno della normativa ISO 898-1.
La velocità di prova non deve superare i 3 mm/min. Il carico di prova deve essere mantenuto per 15 secondi, nel caso in cui il provino non presenti un allungamento plastico entro l’incertezza di misura di ±12,5 μm l'elemento di fissaggio ha superato il test.
Prova di tenacità della testa degli elementi di fissaggio
Per il test di tenacità della testa di bulloni o viti, il campione intero viene inserito in un blocco solido perforato ad angolo. La testa dell'elemento di fissaggio viene piegata ad un angolo definito con un movimento d'urto, dopo la prova non devono essere visibili segni di incrinatura. Questa prova è eseguita generalmente quando quella di trazione sotto carico a cuneo non può essere effettuata a causa della lunghezza ridotta dell'elemento di fissaggio.
Gli elementi di fissaggio possono essere testati con prove di impatto Charpy solo se stabilito specificatamente dalla normativa del prodotto o da un accordo tra produttore e cliente.
Prova di durezza su elementi di fissaggio filettati
I metodi Vickers (ISO 6507-1), Brinell (ISO 6506-1) o Rockwell (ISO 6508-1) sono utilizzati per la determinazione della durezza.
Per le prove di durezza Vickers viene applicato un carico minimo di HV 10. Le prove Brinell sono eseguite con HBW 1/30 o HBW 2.5/187.5. Mentre le prove Rockwell, scala B (HRB) vengono eseguite per elementi di fissaggio con classe di resistenza 4,6 - 6,8 e scala C (HRC) per le classi 8,8 - 12,9. In caso di necessità, è da utilizzare come riferimento la prova Vickers.
La durezza può essere misurata sulla sezione trasversale o sulla superficie. Nel primo caso, si preleva un campione dalla sezione trasversale dall'area filettata. Le indentazioni vengono effettuate vicino all'asse dell'elemento di fissaggio e la durezza che ne risulta viene anche chiamata durezza del nucleo. Quando la durezza viene misurata sulla superficie, questa deve essere piatta (ad esempio sulla testa, sull'estremità dell'elemento di fissaggio o sul gambo non filettato) e deve essere stato rimosso qualsiasi rivestimento.
Nelle prove di trattamento termico di rinvenimento, la durezza Vickers viene misurata prima e dopo il trattamento. Qualora venisse rilevata una riduzione di durezza inseguito al procedimento termico, questa dovrebbe essere inferiore alle 20 unità Vickers.
Nelle prove di decarburazione e carburazione viene misurata la durezza Vickers con un carico di prova di 2,942 N (HV 0,3) sulla sezione longitudinale della filettatura. Il test si esegue su tre punti definiti con distanze diverse dalla superficie. Differenze nei valori di misura troppo piccole o troppo grandi sono indice di decarburazione o carburazione.
Prova di torsione su elementi di fissaggio filettati
La prova di torsione viene eseguita per determinare la torsione a rottura, secondo la normativa ISO 898-7 (Torsional test and minimum torques for bolts and screws). La prova di torsione viene eseguita per determinare la coppia a rottura, secondo la normativa ISO 898-7 (Torsional test and minimum torques for bolts and screws).
Prove di impatto Charpy su elementi di fissaggio
Lo scopo delle prove di impatto Charpy è la determinazione della capacità di carico del materiale degli elementi di fissaggio a basse temperature. Poiché un provino Charpy con intaglio a V deve essere tagliato dal dispositivo di fissaggio, il diametro nominale deve essere di almeno 16 mm. La norma ISO 148-1 Charpy pendulum impact test descrive questo metodo di prova.
