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Prove su bulloni, viti e prigionieri in accordo alle normative DIN EN ISO 898-1, ASTM F606-1 e DIN EN ISO 3506-1

Le prove su bulloni, viti e prigionieri in accordo alle normative DIN EN ISO 898-1, ASTM F606-1 e DIN EN ISO 3506-1 vengono eseguite per la determinazione delle proprietà meccaniche come la resistenza alla trazione, il carico di snervamento, l’allungamento a rottura e la durezza.

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, così come 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.

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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.

Glossario

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.

Prove di trazione su viti, bulloni e prigionieri

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, in cui la velocità di prova non deve superare i 25 mm/min. Mentre nella determinazione del punto di snervamento e del carico di snervamento la velocità deve rimanere entro i 10 mm/min.

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.

Prova di carico su elementi di fissaggio filettati

La prova di carico (sezione 9.6) è una prova di trazione eseguita solo 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.

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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.

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 i punti di carico di snervamento è necessario l’uso di un estensimetro. Per la prova di trazione su viti tornite, può essere utilizzato qualsiasi estensimetro - dalla versione a contatto del makroXtens a quella non a contatto del videoXtens.

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 punti 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 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 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. Il provino Charpy con intaglio a V viene ricavato dall'elemento di fissaggio, il diametro nominale deve essere di almeno 16 mm e la ISO 148-1 (prova di impatto Charpy) ne descrive il metodo di prova.

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