Guia de Desempenho de Parafusos e Parafusos ISO 8981 e EN 208981

Imagine um arranha-céu, um veículo de alta velocidade ou máquinas de precisão - sua estabilidade e segurança dependem frequentemente de parafusos e porcas aparentemente insignificantes. Esses pequenos fixadores suportam enormes forças de tração, cisalhamento e até torção. Como podemos garantir que eles resistam à pressão em momentos críticos e mantenham a integridade estrutural? A resposta reside em uma compreensão completa de suas propriedades mecânicas e na seleção adequada.

Este artigo fornece um guia abrangente sobre as propriedades mecânicas de parafusos e porcas de aço, conforme definido pelas normas ISO 898-1 e EN 20898-1, oferecendo a engenheiros e projetistas uma referência rápida para tomar decisões informadas durante os processos de projeto, fabricação e manutenção.

A ISO 898-1 e a EN 20898-1 são normas reconhecidas internacionalmente que especificam as propriedades mecânicas de parafusos, porcas e prisioneiros de aço. Essas normas definem os requisitos de resistência à tração, limite de escoamento, dureza, tensão de prova e alongamento após a fratura para diferentes classes de propriedades. A compreensão desses parâmetros permite que os profissionais selecionem os fixadores apropriados para aplicações específicas, garantindo conexões confiáveis e seguras.

A classe de propriedade serve como um "cartão de identidade" para parafusos e porcas, indicando claramente suas características de desempenho mecânico. As classes de propriedade comuns incluem 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 e 12.9. Esses números carregam significados específicos:

• Primeiro número: Representa 1/100 da resistência à tração (Rm) do fixador. Por exemplo, um parafuso da classe 8.8 tem uma resistência à tração de 800 MPa.
• Segundo número: Indica a razão entre o limite de escoamento (Rel ou Rp0.2) e a resistência à tração (Rm) multiplicada por 10. Para um parafuso da classe 8.8, essa razão é 0,8, o que significa que o limite de escoamento é de 640 MPa.

Esses números fornecem uma visão rápida das características de resistência fundamental de um fixador, servindo como referências valiosas durante a seleção.

Além das classes de propriedade, várias propriedades mecânicas críticas exigem compreensão:

• Resistência à tração (Rm): A tensão máxima que um material pode suportar durante o alongamento. Uma resistência à tração mais alta significa maior resistência à ruptura sob tensão.
• Limite de escoamento (Rel ou Rp0.2): A tensão na qual o material começa a deformação plástica. Um limite de escoamento mais alto indica melhor resistência à deformação permanente.
• Dureza Vickers (HV): Mede a resistência à deformação plástica localizada. Uma dureza mais alta melhora a resistência ao desgaste e a resistência à compressão.
• Dureza Brinell (HB): Semelhante à dureza Vickers, mas usa métodos de teste diferentes.
• Dureza Rockwell (HR): Outra medição de dureza com diferentes escalas (por exemplo, HRC, HRB) com base em variações de indentador e carga.
• Dureza da superfície (HV 0.3): Mede a dureza da superfície, normalmente usada para avaliar a eficácia do tratamento da superfície.
• Tensão de prova (Sp): A tensão máxima que um fixador pode suportar sob condições de teste especificadas, frequentemente usada para avaliar o desempenho à fadiga.
• Alongamento após a fratura (A5): A razão entre o aumento do comprimento após a fratura e o comprimento original. Valores mais altos indicam melhor plasticidade e adaptabilidade à deformação.

A tabela a seguir detalha as propriedades mecânicas para várias classes de propriedade de parafusos e porcas de aço, incluindo resistência à tração, limite de escoamento, dureza, tensão de prova e alongamento após a fratura. Observe que, para algumas classes (por exemplo, 3.6), as propriedades diferem entre diâmetros ≤16mm e >16mm.

Além das propriedades de tração, a resistência à torção é igualmente crucial. O torque de ruptura refere-se ao torque mínimo necessário para causar falha por torção em um fixador. Isso se torna particularmente importante em aplicações que envolvem cargas rotacionais ou vibratórias.

A ISO 898-7 e a DIN 267 pt25 especificam métodos de teste e requisitos para o torque de ruptura de parafusos e porcas. A tabela a seguir mostra os valores mínimos de torque de ruptura para diferentes tamanhos de rosca e classes de propriedade.

A escolha de parafusos e porcas apropriados requer uma avaliação cuidadosa de múltiplos fatores:

1. Aplicação: Diferentes cenários exigem características de desempenho variadas. Ambientes com alta vibração exigem resistência à fadiga superior, enquanto aplicações de alta temperatura precisam de materiais resistentes ao calor.
2. Tipo de carga: Identifique se os fixadores experimentarão principalmente cargas de tração, cisalhamento, flexão ou torção e, em seguida, selecione de acordo.
3. Materiais a serem unidos: A composição dos materiais conectados (aço, alumínio, plástico, etc.) influencia as escolhas do material do fixador e do tratamento da superfície.
4. Condições ambientais: Umidade, temperatura e elementos corrosivos ditam os níveis de resistência à corrosão necessários.
5. Método de instalação: Os requisitos de pré-carga e as técnicas de aperto afetam a seleção do tamanho e da forma.

Considere uma conexão de estrutura de aço que requer alta resistência à tração em condições úmidas. Um parafuso de alta resistência da classe 8.8 com revestimento de zinco seria apropriado:

1. Determinar a carga: Calcular a carga de tração máxima por meio de análise estrutural.
2. Selecionar o diâmetro: Escolher o diâmetro com base na carga e na resistência à tração, aplicando os fatores de segurança apropriados.
3. Escolher o material/classe: Selecionar aço de alta resistência da classe 8.8.
4. Tratamento de superfície: Especificar o revestimento de zinco para resistência à corrosão.
5. Determinar o comprimento: Calcular com base na espessura do material e nos requisitos de aperto.

Embora pequenos, parafusos e porcas desempenham papéis monumentais na segurança estrutural e na confiabilidade do equipamento. A seleção e aplicação adequadas, guiadas por normas como ISO 898-1 e EN 20898-1, garantem o desempenho ideal. Ao entender as propriedades mecânicas e avaliar cuidadosamente os requisitos da aplicação, os engenheiros podem tomar decisões informadas que mantêm a integridade estrutural em inúmeras indústrias.