ISO 8981 および EN 208981 規格ガイド ボルトとねじの性能

高層ビル、高速車両、精密機械を想像してみてください。それらの安定性と安全性は、一見些細なボルトやネジに依存することがよくあります。これらの小さなファスナーは、非常に大きな引張力、せん断力、さらにはねじり力を受けます。重要な瞬間にそれらが圧力に耐え、構造的完全性を維持するにはどうすればよいでしょうか？その答えは、それらの機械的特性を徹底的に理解し、適切に選択することにあります。

この記事では、ISO 898-1およびEN 20898-1規格で定義されている鋼製ボルトとネジの機械的特性に関する包括的なガイドを提供し、設計、製造、およびメンテナンスプロセス中に情報に基づいた意思決定を行うための迅速な参照として、エンジニアや設計者に役立ちます。

ISO 898-1およびEN 20898-1は、鋼製ボルト、ネジ、スタッドの機械的特性を指定する国際的に認められた規格です。これらの規格は、さまざまな強度区分について、引張強さ、降伏強さ、硬度、耐力、および破断後の伸びの要件を定義しています。これらのパラメータを理解することで、専門家は特定の用途に適したファスナーを選択し、信頼性と安全な接続を確保できます。

強度区分は、ボルトとネジの「身分証明書」として機能し、その機械的性能特性を明確に示しています。一般的な強度区分には、3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、10.9、および12.9があります。これらの数字には特定の意味があります。

• 最初の数字： ファスナーの引張強さ（Rm）の1/100を表します。たとえば、8.8クラスのボルトの引張強さは800 MPaです。
• 2番目の数字： 降伏強さ（RelまたはRp0.2）と引張強さ（Rm）の比率に10を掛けたものを表します。8.8クラスのボルトの場合、この比率は0.8であり、降伏強さは640 MPaであることを意味します。

これらの数字は、ファスナーの基本的な強度特性に関する迅速な洞察を提供し、選択時の貴重な参照として役立ちます。

強度区分に加えて、理解が必要ないくつかの重要な機械的特性があります。

• 引張強さ（Rm）： 材料が引っ張りに耐えることができる最大応力。引張強さが高いほど、引張に対する抵抗が大きくなります。
• 降伏強さ（RelまたはRp0.2）： 材料が塑性変形を開始する応力。降伏強さが高いほど、永久変形に対する抵抗が向上します。
• ビッカース硬さ（HV）： 局所的な塑性変形に対する抵抗を測定します。硬度が高いほど、耐摩耗性と圧縮強度が向上します。
• ブリネル硬さ（HB）： ビッカース硬度と同様ですが、異なる試験方法を使用します。
• ロックウェル硬さ（HR）： インデントと負荷のバリエーションに基づいて、異なるスケール（例：HRC、HRB）を持つ別の硬度測定。
• 表面硬度（HV 0.3）： 表面硬度を測定し、通常は表面処理の効果を評価するために使用されます。
• 耐力（Sp）： 指定された試験条件下でファスナーが耐えることができる最大応力。疲労性能を評価するためによく使用されます。
• 破断後の伸び（A5）： 破断後の長さの増加と元の長さの比率。値が高いほど、塑性および変形適応性が優れていることを示します。

次の表は、さまざまな鋼製ボルトとネジの強度区分の機械的特性（引張強さ、降伏強さ、硬度、耐力、破断後の伸びなど）の詳細を示しています。一部の区分（例：3.6）では、直径が16mm以下と16mmを超える場合で特性が異なりますのでご注意ください。

引張特性に加えて、ねじり抵抗も同様に重要です。破断トルクとは、ファスナーにねじり破壊を引き起こすために必要な最小トルクを指します。これは、回転または振動荷重が関与する用途で特に重要になります。

ISO 898-7およびDIN 267 pt25は、ボルトとネジの破断トルクの試験方法と要件を指定しています。次の表は、さまざまなねじサイズと強度区分の最小破断トルク値を示しています。

適切なボルトとネジを選択するには、複数の要素を慎重に評価する必要があります。

1. 用途： さまざまなシナリオでは、さまざまな性能特性が要求されます。高振動環境では優れた疲労抵抗が必要であり、高温用途では耐熱材料が必要です。
2. 荷重の種類： ファスナーが主に引張、せん断、曲げ、またはねじり荷重を受けるかどうかを特定し、それに応じて選択します。
3. 接合される材料： 接続される材料（鋼、アルミニウム、プラスチックなど）の組成は、ファスナー材料と表面処理の選択に影響します。
4. 環境条件： 湿度、温度、腐食性元素は、必要な耐食性のレベルを決定します。
5. 取り付け方法： 予圧要件と締め付け方法は、サイズと形状の選択に影響します。

高引張強さが必要で、湿度の高い環境での鋼構造接続を検討してください。亜鉛メッキされた8.8クラスの高強度ボルトが適切です。

1. 荷重の決定： 構造解析を通じて最大引張荷重を計算します。
2. 直径の選択： 荷重と引張強さに基づいて直径を選択し、適切な安全率を適用します。
3. 材料/クラスの選択： 8.8クラスの高強度鋼を選択します。
4. 表面処理： 耐食性のために亜鉛メッキを指定します。
5. 長さの決定： 材料の厚さと締め付け要件に基づいて計算します。

小さくても、ボルトとネジは構造的安全性と機器の信頼性において重要な役割を果たします。ISO 898-1やEN 20898-1などの規格に準拠した適切な選択と適用により、最適な性能が保証されます。機械的特性を理解し、用途要件を慎重に評価することにより、エンジニアは、無数の業界で構造的完全性を維持する情報に基づいた意思決定を行うことができます。