ISO 3506: Mechanische Eigenschaften von Schrauben aus nichtrostendem Stahl
Die Normenreihe ISO 3506 legt die mechanischen Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigem, nichtrostendem Stahl fest. Teil 1 der Reihe behandelt Schrauben mit Regel- und Feingewinde und definiert für diese die zulässigen Stahlsorten, die Festigkeitsklassen sowie die zugehörigen Prüfverfahren. Die Norm bildet damit für Edelstahlschrauben das Gegenstück zu ISO 898-1, die für Verbindungselemente aus Kohlenstoffstahl gilt. Für den technischen Einkauf, die Qualitätssicherung und Prüflabore liefert ISO 3506-1 die Grundlage, um Festigkeitswerte von Edelstahlschrauben nachvollziehbar zu prüfen und zu dokumentieren.
Das Wichtigste in Kürze
ISO 3506-1 definiert die mechanischen Anforderungen an Schrauben aus nichtrostendem Stahl und legt fest, wie deren Festigkeit im Zugversuch nachgewiesen wird. Die folgende Übersicht fasst die zentralen Eckpunkte der Norm zusammen.
- Die Norm gilt für Schrauben mit metrischem ISO-Gewinde und einem Gewindenenndurchmesser bis 39 mm.
- Die Prüfung erfolgt in einem Umgebungstemperaturbereich zwischen 10 °C und 35 °C.
- Erfasst werden austenitische, martensitische, ferritische und austenitisch-ferritische Duplex-Stahlsorten.
- Die Festigkeit der Schrauben wird in die Klassen 50, 70, 80 und 100 unterteilt.
- Der Zugversuch an der ganzen Schraube liefert die Kennwerte Dehngrenze Rp0,2, Zugfestigkeit Rm und Bruchdehnung A.
- Die Normenreihe gliedert sich in mehrere Teile: ISO 3506-1 für Schrauben, ISO 3506-2 für Muttern, weitere Teile für Gewindestifte, Blechschrauben und andere Verbindungselemente.
Was regelt die ISO 3506?
ISO 3506-1 legt die Festigkeitsklassen, die zulässigen Stahlsorten, die Kennzeichnung sowie die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Schrauben mit beliebiger Kopfform fest, deren Gewindenenndurchmesser 39 mm nicht überschreitet. Die Gewinde müssen den Maßvorgaben nach DIN ISO 68-1, DIN ISO 261 und DIN ISO 262 entsprechen. Die Prüfung selbst erfolgt in einem definierten Temperaturfenster zwischen 10 °C und 35 °C, um vergleichbare Ergebnisse sicherzustellen.
Die Normenreihe ISO 3506 umfasst mehrere Teile: ISO 3506-1 behandelt Schrauben, ISO 3506-2 Muttern mit festgelegten Stahlsorten und Festigkeitsklassen. Weitere Teile befassen sich unter anderem mit Gewindestiften und nicht auf Zug beanspruchten Verbindungselementen sowie mit Blechschrauben. In der Fassung von 2020 wurde der Aufbau von ISO 3506-1 an die Struktur von ISO 898-1 angeglichen. Zudem wurden austenitisch-ferritische Duplex-Stähle sowie zusätzliche Stahlsorten und eine neue Festigkeitsklasse 100 für austenitische Stähle in die Norm aufgenommen.
Stahlsorten und Festigkeitsklassen
ISO 3506-1 unterscheidet vier Gruppen nichtrostender Stähle, die sich in Gefügeaufbau, Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit unterscheiden.
| Stahlgruppe | Kennbuchstabe | Merkmale |
|---|---|---|
| Austenitisch | A1 bis A5, A8 | Nicht härtbar, hohe Zähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit. Höhere Festigkeit wird ausschließlich durch Kaltverfestigung erreicht. |
| Martensitisch | C1 bis C4 | Härtbar durch Wärmebehandlung, höhere erreichbare Festigkeit, geringere Korrosionsbeständigkeit als austenitische Stähle. |
| Ferritisch | F1 | Magnetisch, moderate Festigkeit, gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. |
| Austenitisch-ferritisch (Duplex) | D2, D4, D6, D8 | Kombination aus hoher Festigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit. Seit der Fassung 2020 Bestandteil der Norm, verfügbar in den Festigkeitsklassen 70, 80 und 100. |
Die Kennzeichnung einer Edelstahlschraube setzt sich aus der Stahlsorte und der Festigkeitsklasse zusammen. Bei der Bezeichnung A4-70 steht A4 für die Stahlsorte und 70 für die Festigkeitsklasse, die ein Zehntel der nominellen Mindestzugfestigkeit in MPa angibt. Eine Schraube der Klasse 70 muss demnach eine Mindestzugfestigkeit von 700 MPa erreichen. Der Werkstoff 1.4404, wie er im Prüfzeugnis zur Stahlsorte A4-70 dokumentiert ist, gehört zur austenitischen Gruppe und zählt zu den in der Industrie verbreiteten korrosionsbeständigen Chrom-Nickel-Molybdän-Stählen.
Prüfverfahren nach ISO 3506-1
Die Ermittlung der mechanischen Kennwerte erfolgt im Zugversuch an der ganzen Schraube. Bei der im Prüfzeugnis dokumentierten Methode B15 wird die Schraube mit einem Dehnungsmesser geprüft, wodurch sich neben Zugfestigkeit und Bruchdehnung auch die Dehngrenze Rp0,2 präzise bestimmen lässt. Da bei Edelstahlschrauben die Festigkeitseigenschaften teilweise durch Kaltverformung erzielt werden, ist die Prüfung an der ganzen Schraube und nicht an einer abgedrehten Probe maßgeblich.
Am Beispiel einer Zylinderschraube M6x40 aus dem Werkstoff 1.4404 (Stahlsorte A4-70) zeigt sich die Streuung der Prüfergebnisse innerhalb einer Charge:
| Proben-Nr. | Rp0,2 (MPa) | Rm (MPa) | Bruchdehnung A (mm) |
|---|---|---|---|
| 1478879-25250 | 539 | 743 | 8,6 |
| 1478879-25254 | 469 | 716 | 8,5 |
| 1478879-25252 | 576 | 704 | 6,6 |
| 1478879-25253 | 521 | 708 | 6,5 |
| 1490501-16392 | 590 | 732 | 8,3 |
| 1490501-16391 | 476 | 732 | 8,6 |
Alle sechs Proben erreichen eine Zugfestigkeit von mindestens 700 MPa und erfüllen damit die Anforderung der Festigkeitsklasse 70. Die Dehngrenze Rp0,2 streut zwischen den Proben deutlich stärker als die Zugfestigkeit, was für kaltverfestigte austenitische Stähle typisch ist. Die Bruchdehnung liegt bei allen Proben zwischen 6,5 und 8,6 mm und bestätigt ein duktiles Bruchverhalten.
Verwandte Normen
- ISO 898-1: Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl, das Pendant zu ISO 3506-1 für nicht korrosionsbeständige Werkstoffe.
- ISO 3506-2: Mechanische Eigenschaften von Muttern aus korrosionsbeständigem, nichtrostendem Stahl.
- ASTM F606: US-amerikanische Prüfnorm für mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen.
- ISO 6892-1: Allgemeine Grundlage für den Zugversuch, auf die ISO 3506-1 für die Prüfdurchführung Bezug nimmt.
Anforderungen an moderne Prüfmaschinen
Für den Zugversuch an ganzen Schrauben nach ISO 3506-1 ist eine Prüfmaschine erforderlich, die je nach Gewindegröße unterschiedliche Kraftbereiche abdeckt. Kleinere Gewinde wie im dokumentierten Beispiel M6 lassen sich mit vergleichsweise geringen Prüfkräften abbilden, größere Gewindedurchmesser erfordern deutlich höhere Maximalkräfte. Im vorliegenden Prüfzeugnis kam eine Galdabini Quasar 600 zum Einsatz, eine Prüfmaschine mit einer Maximalkraft von 600 kN.
Neben der Kraftmessung ist ein präziser Dehnungsmesser beziehungsweise Extensometer notwendig, um die Dehngrenze Rp0,2 zuverlässig zu bestimmen. Passende Spannzeuge für die Schraubenaufnahme sind ebenfalls Voraussetzung für normgerechte Ergebnisse.
Einflussfaktoren auf die Messergebnisse
- Die Umgebungstemperatur muss laut Norm zwischen 10 °C und 35 °C liegen, da Temperaturschwankungen die Festigkeitswerte beeinflussen.
- Die Prüfung an der ganzen Schraube statt an einer abgedrehten Probe ist entscheidend, da die Festigkeit teilweise durch Kaltverformung im Gewindebereich entsteht.
- Eine regelmäßige Kalibrierung der Prüfmaschine und des Dehnungsmessers ist Voraussetzung für rückführbare und vergleichbare Ergebnisse.
FAQ: Häufig gestellte Fragen zur ISO 3506
Warum benötigen Edelstahlschrauben ein eigenes Prüfverfahren?
Austenitische Chrom-Nickel-Stähle lassen sich im Gegensatz zu Kohlenstoffstahl nicht durch Wärmebehandlung härten. Ihre Festigkeit resultiert ausschließlich aus der Kaltverfestigung, die bei der Fertigung entsteht, etwa durch Gewindewalzen. Dieser Unterschied im Werkstoffverhalten macht eine eigenständige Prüfnorm erforderlich, da sich die Zusammenhänge zwischen Umformgrad, Festigkeit und Dehnungsverhalten von denen des Kohlenstoffstahls nach ISO 898-1 unterscheiden. Zusätzlich zur mechanischen Festigkeit spielt bei nichtrostenden Stählen die Korrosionsbeständigkeit eine zentrale Rolle, weshalb Stahlsorte und Festigkeitsklasse in der Kennzeichnung stets gemeinsam angegeben werden.
Was regelt die ISO 3506?
ISO 3506-1 legt die Stahlsorten, Festigkeitsklassen, Kennzeichnung sowie die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Schrauben aus korrosionsbeständigem, nichtrostendem Stahl fest.
Was bedeutet die Bezeichnung A4-70?
A4 bezeichnet die Stahlsorte, in diesem Fall einen austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl. Die Zahl 70 gibt die Festigkeitsklasse an und entspricht einer Mindestzugfestigkeit von 700 MPa.
Worin unterscheiden sich ISO 3506 und ISO 898-1?
ISO 898-1 gilt für Verbindungselemente aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl, ISO 3506-1 für Verbindungselemente aus korrosionsbeständigem, nichtrostendem Stahl. Da nichtrostende austenitische Stähle nicht härtbar sind, unterscheiden sich die Festigkeitsmechanismen und damit auch Teile der Prüfmethodik.
Wie wird die Dehngrenze bei Schrauben nach ISO 3506-1 bestimmt?
Die Dehngrenze Rp0,2 wird im Zugversuch an der ganzen Schraube mit einem Dehnungsmesser ermittelt, da die Festigkeitseigenschaften teilweise durch Kaltverformung erzielt werden.
