Bulloni a testa esagonale ad alta resistenza: standard, gradi e proprietà meccaniche

I bulloni a testa esagonale ad alta resistenza, comunemente chiamati bulloni esagonali esterni ad alta resistenza, sono elementi di fissaggio essenziali utilizzati in applicazioni impegnative come l'energia eolica, i grandi macchinari e le strutture in acciaio, grazie alla loro forza di serraggio superiore e alla loro affidabilità.

1. Standard e specifiche principali

Lo standard nazionale principale in Cina che regola le dimensioni e i requisiti tecnici per i bulloni a testa esagonale è GB/T 5782 (equivalente a standard internazionali come DIN 931). Questa norma copre bulloni con dimensioni di filettatura da M1.6 a M64.

Per bulloni ad alta resistenza Utilizzato in applicazioni critiche come le strutture in acciaio, lo standard GB/T 1231 (per i grandi gruppi di bulloni a testa esagonale per strutture in acciaio) è particolarmente importante. Una nuova versione, GB/T 1231-2024, è stata recentemente approvata ed entrerà in vigore il 1° aprile 2025, sostituendo la versione del 2006.

2. Gradi di resistenza e loro significato

Il grado di resistenza di un bullone è indicato da una marcatura composta da due numeri stampata sulla testa del bullone.

Il primo numero (ad esempio, l'8 in 8.8) rappresenta 1/100 della resistenza alla trazione nominale del bullone (Rm) in MPa. Pertanto, il grado 8.8 indica una resistenza alla trazione nominale di 800 MPa.

Il secondo numero (ad esempio, il secondo '8' in 8.8) rappresenta il rapporto tra il limite di snervamento nominale (Rp₀.₂) e la resistenza a trazione nominale (rapporto di snervamento). Moltiplicando questi due numeri si ottiene il limite di snervamento nominale. Per un bullone di grado 8.8: Limite di snervamento ≈ 800 MPa × 0,8 = 640 MPa.

I bulloni con un grado di prestazione pari o superiore a 8.8 (ad esempio 8.8, 9.8, 10.9, 12.9) sono classificati come bulloni ad alta resistenza. Sono tipicamente realizzati in acciaio a medio tenore di carbonio o in acciaio legato a basso tenore di carbonio e devono essere sottoposti a trattamento termico (tempra e rinvenimento) per ottenere le loro proprietà meccaniche.

3. Proprietà meccaniche dei gradi comuni ad alta resistenza

Le proprietà meccaniche variano significativamente tra i gradi. La tabella seguente riassume le proprietà chiave dei gradi più comuni di bulloni esagonali ad alta resistenza, sulla base dei dati forniti, in particolare della norma GB/T 5782 e degli standard correlati.

Proprietà meccaniche dei bulloni esagonali ad alta resistenza (valori tipici)

    Grado 8.8: Si tratta di un grado comune ad alta resistenza. Secondo i risultati della ricerca, la sua resistenza minima alla trazione è di 830 MPa e la sua resistenza minima allo snervamento è di 660 MPa. La sua durezza deve essere controllata per garantire prestazioni adeguate; la durezza superficiale non deve superare la durezza a cuore di oltre 30 HV.

Grado 10.9: questo grado offre una maggiore resistenza. Il nuovo standard GB/T 1231-2024 ha adeguato il suo limite superiore di resistenza alla trazione da 1240 MPa a 1190 MPa e richiede una maggiore riduzione dell'area (≥48%).

   Grado 12.9: Si tratta di un grado ancora più elevato, spesso prodotto utilizzando acciai legati come 35CrMoA o 42CrMo.

4. Standard chiave per materiali e test

Le proprietà meccaniche vengono ottenute attraverso materiali e processi specifici:

Materiali: i materiali comuni per i bulloni ad alta resistenza includono acciaio a medio tenore di carbonio (ad esempio, acciaio 45 per grado 8.8), acciai legati a basso tenore di carbonio come 35VB, 20MnTiB e leghe di grado superiore come 42CrMo e 40CrMo (in particolare per i gradi 10.9S e 12.9, e ora esplicitamente inclusi in GB/T 1231-2024).

Trattamento termico: i bulloni ad alta resistenza vengono sottoposti a tempra e rinvenimento. Ad esempio, la temperatura di rinvenimento per i bulloni di grado 8.8 dovrebbe essere di almeno 425 °C.

Trattamento superficiale: i rivestimenti più comuni includono zincatura, Dacromet (Geomet), annerimento e nichelatura. Si noti che le nuove normative ambientali stanno eliminando gradualmente alcuni rivestimenti, come quelli al cadmio.

Test: i test sulle prestazioni meccaniche seguono standard come GB/T 3098.1. I test principali includono:

Prova di trazione: misura la resistenza alla trazione massima e la resistenza allo snervamento.

Prova di durezza: (Rockwell, Vickers o Brinell) eseguita sulla testa del bullone o sul gambo non filettato.

Prova del coefficiente di coppia: fondamentale per i bulloni strutturali per garantire un corretto precarico durante l'assemblaggio. La nuova norma GB/T 1231-2024 introduce il coefficiente di variazione (≤ 0,077) per valutare meglio la coerenza del lotto rispetto alla deviazione standard.

Ispezione delle carenze superficiali: regolamentata da standard come GB/T 16936.

5. Aggiornamenti importanti nel nuovo standard GB/T 1231-2024

Il prossimo standard GB/T 1231-2024 introduce diverse modifiche significative:

Gamma di taglie estesa: ora copre taglie fino a M36 (in precedenza M30).

Ottimizzazione dei materiali: aggiunti 42CrMo e ML40CrMo come materiali approvati.

Proprietà meccaniche riviste: limiti di resistenza alla trazione modificati per 10.9S e maggiore riduzione dei requisiti di area.

Test avanzati: introduce test di decarburazione/carburazione e impone maggiori informazioni sulla tracciabilità (ad esempio, codici QR) sulle etichette.

Controllo più rigoroso: riduce la velocità consentita per il test del coefficiente di coppia (

In sintesi, i bulloni esagonali esterni ad alta resistenza sono classificati in gradi come 8.8, 10.9 e 12.9, ognuno dei quali indica livelli specifici di resistenza alla trazione e allo snervamento ottenuti tramite lega e trattamento termico. Sono regolati da standard come GB/T 5782 per le dimensioni e GB/T 3098.1 e GB/T 1231 per le proprietà meccaniche e i test; quest'ultimo standard riceverà importanti aggiornamenti nel 2025 per migliorarne l'affidabilità e il controllo qualità.