Классы прочности крепежа

1 Апреля 2014

Крепёжные изделия, такие как болты, винты, шпильки и гайки, различаются не только по видам и размерам, но и по способности нести нагрузку. То есть, два болта одинакового размера, с одинаковой резьбой, могут иметь разную прочность.

Так что же такое «класс прочности» и что он обозначает?

Система обозначений

Классов прочности всего одиннадцать. Обозначаются они двумя числами, разделёнными точкой:

3.6  4.6   4.8   5.6   5.8   6.6   6.8   8.8   9.8   10.9   12.9 

Класс прочности.jpg

Болты, шпильки и винты производят из различных углеродистых сталей. В зависимости от марки стали получают определенный класс прочности. Хотя иногда можно из одной марки стали произвести крепеж различных классов прочности, используя при этом разные способы обработки заготовки или дополнительную термическую обработку - закалку.

Например, из Стали 35 можно изготовить крепеж нескольких классов прочности: класса прочности 5.6 получают методом точения на токарном и фрезерном станке: классы 6.6 и 6.8 получают при производстве методом объёмной штамповки на прессе; а класс 8.8 - если полученные перечисленными способами болты подвергнуть термической обработке - закалке. Крепеж класса прочности 8.8 и выше получают только с после термической обработки изделия. 

Первая цифра (перед точкой) отражает предельную нагрузку, при которой болт (или шпилька) разорвётся. Цифра обозначает 1/100 часть номинального временного сопротивления - это предел прочности на разрыв, измеряется в МПа (мегапаскалях) или Н/мм² (ньютонах на миллиметр квадратный). Также первая цифра маркировки класса прочности обозначает ≈1/10 часть номинального временного сопротивления, если предел прочности на разрыв измеряется в кгс/мм² (килограммах-силах на миллиметр квадратный). Т.е. для определения предела прочности в Мегапаскалях нужно первую цифру умножить на 100, в килограммсила/мм2 – умножить на 10.

Вторая цифра говорит о нагрузке, при которой болт необратимо деформируется (вытянется резьбовая часть, либо сомнутся витки) - это предел текучести. Цифра обозначает 1/10 часть отношения предела текучести к пределу прочности на разрыв. Таким образом для шпильки класса прочности 10.9 второе число означает, что у шпильки минимальный предел текучести будет равен 90% от значения предела прочности на растяжение, то есть будет равен: (10×100)×(9×0,1)=1000×0,9=900 МПа (или Н/мм²; или ≈90 кгс/мм²). Для простого расчета предела текучести нужно перемножить цифры класса прочности и умножить полученный результат на 10. Т.е. для класса прочности 8,8 получаем 8х8х10 = 640Мпа (или 64 кгс/мм2).

Предел текучести - величина нагрузки, при превышении которой наступает невосстанавливаемая деформация или изгиб.Предел текучести.jpg

Например, попробуйте согнуть "от руки" обычную стальную вилку или кусок металлической проволоки. Как только она начнет деформироваться, это будет означать, что вы превысили предел текучести ee материала или предел упругости при изгибе. Поскольку вилка не сломалась, а только погнулась, то предел ее прочности больше предела текучести. Напротив, нож скорее всего сломается при определенном усилии. Его предел прочности равен пределу текучести. В этом случае говорят, что ножи "хрупкие".

Значит, чтобы сравнить болты по прочности на разрыв, нужно смотреть на цифру перед точкой, а чтобы сравнить их по прочности на растяжение/ смятие, нужно смотреть на произведение двух цифр.

Значение предела текучести - это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, винта или шпильки, при превышении которой происходит невосстанавливаемая деформация. При расчётах нагрузки на болты, винты или шпильки используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, то есть, с двукратным или трёхкратным запасом прочности соответственно.

Всё вышесказанное относится к болтам, винтам и шпилькам. Гайки же имеют всего семь классов прочности, которые обозначаются одним числом:  4  5  6  8  9  10  12. Это число обозначает 1/100 часть предела прочности болта, с которым в паре должна компоноваться гайка в резьбовом соединении. Такое сочетание болта и гайки называется рекомендуемым и позволяет равномерно распределить нагрузку в резьбовом соединении.

Например, гайка класса прочности 8 должна компоноваться с болтом, у которого предел прочности не менее, чем:

8 х 100 = 800 МПа (или 800 Н/мм²; или ≈80 кгс/мм²)

Следовательно, можно использовать болты классов прочности 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 - оптимальной будет пара с болтом класса прочности 8.8.

Правило подбора гаек к болтам заключается в сохранении целостности резьбы гайки, навинченной на болт, при приложении пробной испытательной нагрузки - попросту говоря, при испытаниях гайку не должно "сорвать" от испытательной нагрузки для выбранного болта.

Обычно гайки более высоких классов прочности можно заменить на гайки более низких классов прочности. Такая замена рекомендуется для соединений "болт + гайка", напряжение в которых будет выше предела текучести, или напряжения от пробной нагрузки болта. 

Нанесение обозначений классов прочности на крепёжные изделия

Маркировке подлежат: 

  • Болты с шестигранной головкой; 

  • Винты с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником; 

  • Шпильки; 

  • Гайки.

Маркировка болтов и винтов

12314.jpg

Чаще всего болты маркируются на торцевой поверхности головки, под клеймом завода-изготовителя. Цифры могут быть выпуклыми либо углублёнными. Иногда точку между цифрами не ставят, например 10.9 пишется как 109. Если обозначение подчёркнуто (вот так: 10.9 или 109 ), это означает, что болт изготовлен из низкоуглеродистой мартенситной стали. Некоторые заводы маркируют болты специальными символами – точкой и штрихом (циферблатная маркировка). Точка служит для ориентира и располагается на «12 часов», а положение одинарного или двойного штриха указывает на класс прочности: Если маркировка отсутствует, то болт имеет класс прочности 6.8 или ниже.

Маркировка шпилек

Как правило, шпильки маркируются на торце специальным углублённым знаком, который соответствует классу прочности:
Знак    ●   +    ■     ▲ 
Класс прочности 8.8  9.8  10.9  12.9

Маркировка гаек

маркировка гаек.jpg

На гайки обычно знаки маркировки наносятся на торец аналогично болтам и винтам.

 

Следует иметь в виду, что данная статья имеет ознакомительный характер и не является официальным информационным документом. Более подробную и точную информацию можно получить в следующих стандартах:
ГОСТ 1759.0-87 Болты, винты, шпильки и гайки. Технические условия.
ГОСТ 1759.4-87 Болты, винты и шпильки. Механические свойства и методы испытания.
ГОСТ Р 52628-2006 Гайки. Механические свойства и методы испытаний.