Guida agli standard ISO 8981 e EN 208981 per le prestazioni di bulloni e viti

Immaginate un grattacielo, un veicolo ad alta velocità o macchinari di precisione: la loro stabilità e sicurezza dipendono spesso da bulloni e viti apparentemente insignificanti. Questi piccoli elementi di fissaggio sopportano enormi forze di trazione, taglio e persino torsione. Come possiamo garantire che resistano alla pressione in momenti critici e mantengano l'integrità strutturale? La risposta risiede in una profonda comprensione delle loro proprietà meccaniche e nella corretta selezione.

Questo articolo fornisce una guida completa alle proprietà meccaniche dei bulloni e delle viti in acciaio, come definite dalle norme ISO 898-1 ed EN 20898-1, offrendo a ingegneri e progettisti un riferimento rapido per prendere decisioni informate durante i processi di progettazione, produzione e manutenzione.

ISO 898-1 ed EN 20898-1 sono norme riconosciute a livello internazionale che specificano le proprietà meccaniche di bulloni, viti e prigionieri in acciaio. Queste norme definiscono i requisiti per la resistenza alla trazione, il limite di snervamento, la durezza, il carico di prova e l'allungamento dopo la rottura per diverse classi di proprietà. La comprensione di questi parametri consente ai professionisti di selezionare gli elementi di fissaggio appropriati per applicazioni specifiche, garantendo collegamenti affidabili e sicuri.

La classe di proprietà funge da "carta d'identità" per bulloni e viti, indicando chiaramente le loro caratteristiche di prestazione meccanica. Le classi di proprietà comuni includono 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 e 12.9. Questi numeri hanno significati specifici:

• Primo numero: Rappresenta 1/100 della resistenza alla trazione (Rm) dell'elemento di fissaggio. Ad esempio, un bullone di classe 8.8 ha una resistenza alla trazione di 800 MPa.
• Secondo numero: Indica il rapporto tra il limite di snervamento (Rel o Rp0.2) e la resistenza alla trazione (Rm) moltiplicato per 10. Per un bullone di classe 8.8, questo rapporto è 0.8, il che significa che il limite di snervamento è 640 MPa.

Questi numeri forniscono una rapida panoramica delle caratteristiche di resistenza fondamentali di un elemento di fissaggio, fungendo da riferimenti preziosi durante la selezione.

Oltre alle classi di proprietà, diverse proprietà meccaniche critiche richiedono comprensione:

• Resistenza alla trazione (Rm): La sollecitazione massima che un materiale può sopportare durante l'allungamento. Una maggiore resistenza alla trazione significa una maggiore resistenza alla rottura sotto trazione.
• Limite di snervamento (Rel o Rp0.2): La sollecitazione alla quale il materiale inizia la deformazione plastica. Un limite di snervamento più elevato indica una migliore resistenza alla deformazione permanente.
• Durezza Vickers (HV): Misura la resistenza alla deformazione plastica localizzata. Una maggiore durezza migliora la resistenza all'usura e la resistenza alla compressione.
• Durezza Brinell (HB): Simile alla durezza Vickers, ma utilizza metodi di prova diversi.
• Durezza Rockwell (HR): Un'altra misurazione della durezza con scale diverse (ad esempio, HRC, HRB) basate su variazioni di indentatore e carico.
• Durezza superficiale (HV 0.3): Misura la durezza superficiale, tipicamente utilizzata per valutare l'efficacia del trattamento superficiale.
• Carico di prova (Sp): La sollecitazione massima che un elemento di fissaggio può sopportare in condizioni di prova specificate, spesso utilizzata per valutare le prestazioni a fatica.
• Allungamento dopo la rottura (A5): Il rapporto tra l'aumento di lunghezza dopo la rottura e la lunghezza originale. Valori più elevati indicano una migliore plasticità e adattabilità alla deformazione.

La tabella seguente illustra in dettaglio le proprietà meccaniche per varie classi di proprietà di bulloni e viti in acciaio, tra cui resistenza alla trazione, limite di snervamento, durezza, carico di prova e allungamento dopo la rottura. Si noti che per alcune classi (ad esempio, 3.6), le proprietà differiscono tra diametri ≤16 mm e >16 mm.

Oltre alle proprietà di trazione, la resistenza alla torsione è altrettanto cruciale. La coppia di rottura si riferisce alla coppia minima richiesta per causare il cedimento torsionale in un elemento di fissaggio. Questo diventa particolarmente importante nelle applicazioni che coinvolgono carichi rotazionali o vibrazionali.

ISO 898-7 e DIN 267 pt25 specificano i metodi di prova e i requisiti per la coppia di rottura di bulloni e viti. La tabella seguente mostra i valori minimi della coppia di rottura per diverse dimensioni del filetto e classi di proprietà.

La scelta di bulloni e viti appropriati richiede un'attenta valutazione di molteplici fattori:

1. Applicazione: Scenari diversi richiedono caratteristiche di prestazione variabili. Gli ambienti con forti vibrazioni richiedono una resistenza alla fatica superiore, mentre le applicazioni ad alta temperatura necessitano di materiali resistenti al calore.
2. Tipo di carico: Identificare se gli elementi di fissaggio subiranno principalmente carichi di trazione, taglio, flessione o torsione, quindi selezionare di conseguenza.
3. Materiali da unire: La composizione dei materiali collegati (acciaio, alluminio, plastica, ecc.) influenza la scelta del materiale dell'elemento di fissaggio e dei trattamenti superficiali.
4. Condizioni ambientali: Umidità, temperatura ed elementi corrosivi dettano i livelli di resistenza alla corrosione necessari.
5. Metodo di installazione: I requisiti di precarico e le tecniche di serraggio influiscono sulla selezione delle dimensioni e della forma.

Consideriamo un collegamento di una struttura in acciaio che richiede un'elevata resistenza alla trazione in condizioni di umidità. Un bullone ad alta resistenza di classe 8.8 con zincatura sarebbe appropriato:

1. Determinare il carico: Calcolare il carico di trazione massimo tramite analisi strutturale.
2. Selezionare il diametro: Scegliere il diametro in base al carico e alla resistenza alla trazione, applicando i fattori di sicurezza appropriati.
3. Scegliere materiale/classe: Selezionare acciaio ad alta resistenza di classe 8.8.
4. Trattamento superficiale: Specificare la zincatura per la resistenza alla corrosione.
5. Determinare la lunghezza: Calcolare in base allo spessore del materiale e ai requisiti di serraggio.

Sebbene piccoli, bulloni e viti svolgono ruoli monumentali nella sicurezza strutturale e nell'affidabilità delle apparecchiature. La corretta selezione e applicazione, guidata da standard come ISO 898-1 ed EN 20898-1, garantiscono prestazioni ottimali. Comprendendo le proprietà meccaniche e valutando attentamente i requisiti applicativi, gli ingegneri possono prendere decisioni informate che sostengono l'integrità strutturale in innumerevoli settori.