Как найти класс прочности

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 

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.

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

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

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.

Крепежные элементы, представленные на современном рынке в большом разнообразии, используются как для простого соединения элементов различных конструкций, так и для увеличения их надежности и способности переносить значительные нагрузки. От того, для каких целей планируется использовать эти элементы, зависит класс прочности болтов, которые необходимо выбрать.

Важность правильного выбора крепежа

Болты, выпускаемые современной промышленностью, могут значительно отличаться по классам своей прочности, что зависит преимущественно от марки стали, которая была использована для их изготовления. Именно поэтому выбирать болты, соответствующие тому или иному классу, следует исходя из того, для решения каких задач их планируется использовать.

К примеру, для соединения элементов легкой ненагруженной конструкции подойдут болты более низкого класса прочности, а для крепления ответственных конструкций, эксплуатирующихся под значительными нагрузками, необходимы высокопрочные изделия. Наиболее примечательными из таких конструкций являются башенные и козловые краны, соответственно, болты, отличающиеся самой высокой прочностью, стали называть «крановыми». Характеристики таких крепежных элементов, используемых для соединения элементов самых ответственных конструкций, регламентируются требованиями ГОСТ 7817-70. Такие болты делают из высокопрочных сортов стали, что также оговаривается в нормативном документе.

Крепежные элементы, как известно, бывают нескольких видов: болты, гайки, винты, шпильки. Каждое из таких изделий имеет свое назначение. Для их изготовления используются стали разных классов прочности. Соответственно, будет различаться и маркировка болтов, а также крепежных элементов других типов.

Классы прочности резьбовых крепежных изделий

Класс прочности гаек, винтов, болтов и шпилек определен их механическими свойствами. По ГОСТ 1759.4-87 (ISO 898.1-78) предусмотрено разделение крепежных элементов по классам их прочности на 11 категорий: 3.6; 4.6; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.

Правила расшифровки класса прочности болтов достаточно просты. Если первую цифру обозначения умножить на 100, то можно узнать номинальное временное сопротивление или предел прочности материала на растяжение (Н/мм²), которому соответствует изделие. К примеру, болт класса прочности 10.9 будет иметь прочность на растяжение 10/0,01 = 1000 Н/мм².

Умножив второе число, стоящее после точки, на 10, можно определить, как соотносится предел текучести (такое напряжение, при котором у материала начинается пластическая деформация) к временному сопротивлению или к пределу прочности на растяжение (выражается в процентах). Например, у болта класса 9.8 минимальный предел текучести составляет 8 × 10 = 80%.

Предел текучести – это такое значение нагрузки, при превышении которой в материале начинаются не подлежащие восстановлению деформации. При расчете нагрузок, которые будут воздействовать на резьбовой крепеж, закладывается двух- или даже трехкратный запас от предела текучести.

Высокопрочные болты, временное сопротивление у которых равно или больше 800 МПа, используются не только для крепления элементов крановых конструкций, но и при строительстве мостов, при производстве сельскохозяйственной техники, в железнодорожных соединениях и для решения ряда других задач. Высокопрочные болты соответствуют классу 8.8 и выше, а гайки — 8.0 и выше.

Параметром, который определяет, какой класс прочности будет у болтов, является не только марка стали, но и технология, по которой они изготовлены. Болты, относящиеся к категории высокопрочных, преимущественно изготавливаются по технологии высадки (холодной и горячей), резьбу на них формируют накаткой на специальном автомате. После изготовления они подвергаются термообработке, затем на них наносится специальное покрытие.

Автоматы по холодной и горячей высадке, на которых изготавливаются болты высоких классов прочности, могут быть различных марок, некоторые модели позволяют производить от 100 до 200 изделий в минуту. Сырьем для производства является проволока из низкоуглеродистой и легированной стали, содержание углерода в которой не превышает 0,4%.

Основными марками стали, используемыми для производства таких крепежных элементов, являются 10КП, 20КП, 10, 20, 35, 20Г2Р, 65Г, 40Х. Требуемые механические свойства этим высокопрочным болтам придаются и при помощи термической обработки, проводимой в электропечах, в которых создается специальная защитная среда (с ее помощью удается избежать обезуглероживания стали).

Разные типы болтов изготавливаются и из углеродистой стали, при этом получаются изделия, относящиеся к разным классам прочности. Применяя различные технологии изготовления и термическую обработку (закалку), из одной марки стали можно получать болты, относящиеся к разным классам прочности.

Рассмотрим, к примеру, сталь 35, из которой можно изготовить болты следующих классов прочности:

• 5.6 — болты изготавливают на токарных или фрезерных станках методом точения;
• 6.6 и 6.8 — такие крепежные элементы изготавливают по технологии объемной штамповки, для чего используют высадочные прессы;
• 8.8 — такой класс прочности можно получить, если подвергнуть болты закалке.

Приведенная таблица позволяет ознакомиться с наиболее популярными марками сталей, используемыми для производства крепежных изделий. Если к характеристикам последних предъявляются особые требования, то в качестве материала изготовления выступают и другие марки сталей.

Классификация болтов, относящихся к категории высокопрочных, включает в себя узкоспециализированные изделия, используемые в отдельных отраслях промышленности. Характеристики таких узкоотраслевых крепежных элементов оговариваются отдельными нормативными документами.

Так, требования к высокопрочным болтам, головка «под ключ» у которых имеет увеличенные размеры, используемым при возведении мостов, оговариваются советским ГОСТ 22353-77 (ГОСТ Р 52644-2006 — российский стандарт). Прочность, указанная в этих нормативных документах, соответствует временному сопротивлению на разрыв (кгс/см²). Фактически этот показатель соответствует границам прочности.

Классификация болтов узкоспециализированного назначения также подразумевает их разделение по вариантам исполнения. Так, различают следующие категории болтов.

1. Виды болтов с исполнением «У», которые могут эксплуатироваться при температурах, доходящих до –40 градусов Цельсия. Что важно, буква «У» не указывается в обозначении таких изделий.
2. Изделия с исполнением «ХЛ», которые могут использоваться в еще более жестких температурных условиях: от –40 до –65 градусов Цельсия. В обозначении таких изделий указывается класс их прочности, после которого следуют буквы «ХЛ».

В таблице указаны параметры, которым соответствуют высокопрочные болты. Для того чтобы изготовить крепежные элементы с еще более высокими прочностными характеристиками, используются следующие сорта сталей: 30Х3МФ, 30Х2АФ, 30Х2НМФА.

Маркировка болтов по классу их прочности

Система маркировки болтов, значение которой можно посмотреть в специальных таблицах, чтобы определить, какой именно тип крепежа вам подойдет, разработана Международной организацией по стандартизации (ISO). Все стандарты, разработанные в советское время, а также современные российские нормативные документы, основываются на принципах данной системы.

Обязательной маркировке подлежат болты и винты, диаметр которых составляет более 6 мм. На крепежные изделия меньшего диаметра маркировка наносится по желанию производителя.

Маркировка не наносится на винты, имеющие крестообразный или прямой шлиц, а изделия, имеющие шестигранный шлиц и любую форму головки, маркируются обязательно.

Не подлежат обязательной маркировке также нештампованные болты и винты, которые изготовлены точением или резанием. Маркировка на такие изделия наносится только в том случае, когда этого требует заказчик подобной продукции.

Местом, на которое наносится маркировка болта или винта, является торцевая или боковая часть их головки. В том случае, если для этой цели выбрана боковая часть крепежного изделия, маркировка должна наноситься углубленными знаками. Выпуклая маркировка по высоте не должна превышать:

• 0,1 мм – для болтов и винтов, диаметр резьбы которых не превышает 8 мм;
• 0,2 мм – для крепежных изделий, диаметр резьбы которых находится в интервале 8–12 мм;
• 0,3 мм – для болтов и винтов с диаметром резьбы больше 12 мм.

Геометрию различных видов резьбового крепежа регламентируют отдельные ГОСТы. В качестве примера можно рассмотреть изделия, выпускаемые по ГОСТ 7798-70. Такие болты с головкой шестигранного типа, относящиеся к категории изделий нормальной точности, активно используются в различных сферах деятельности.

ГОСТ 7798-70 оговаривает как технические характеристики таких болтов, так и их геометрические параметры. С материалами ГОСТ 7798-70 можно ознакомиться ниже.

Особенности соединения с помощью резьбы

1. Надежность за счет использования специальной метрической резьбы и универсальности профиля. Многочисленные исследования подтверждают, что при правильно выбранном классе прочности болта, а также моменте затяжки такое соединение выдерживает большие нагрузки, а также надежно защищено от самооткручивания.
2. Выдерживание поперечных и осевых нагрузок. Изготовленные из специальных марок стали, болты хорошо противодействуют нагрузкам в любом направлении.
3. Несложный монтаж и демонтаж конструкций. Несмотря на то, что спустя некоторое время открутить резьбовое соединение бывает непросто (из-за коррозии металла), с помощью специальных растворителей это сделать вполне реально.
4. Небольшая стоимость работ, которая значительно ниже затрат на сварку. Многие конструкции возводятся сегодня с использованием болтов, поскольку это требует меньше времени и сил.

Нужно отметить, что небольшим недостатком резьбового соединения можно считать сильную концентрацию напряжения в месте впадины профиля самой резьбы. По этой причине маркировка болта должна быть подобрана правильно, в точном соответствии с нагрузкой, которую испытывает деталь. Это позволит уменьшить риск как самооткручивания при слабой затяжке, так и разрыва гайки / срезания резьбы вследствие экстремального напряжения.

Не нужно забывать, что сегодня также активно применяются всевозможные средства стопорения, включая контргайки и пружинные шайбы.

Виды резьбового крепления

Для выполнения резьбового соединения нужны как минимум две детали, одна из которых имеет наружную, а другая – внутреннюю резьбу. Существует несколько конструкционных разновидностей резьбы.

Болтовое

В соединяемых деталях сверлятся сквозные отверстия, после чего вовнутрь вставляется болт, который затягивается с другой стороны гайкой.

Винтовое

В таком типе соединения роль гайки выполняет сама деталь, в которой предварительно высверливается отверстие, затем наносится резьба, после чего с помощью болта или винта крепится другая деталь. Если применять саморезы, то сверлить предварительное отверстие не обязательно, поскольку деталь при закручивании сама автоматически делает резьбу.

С помощью шпилек

Один конец такой шпильки вворачивается в узловую деталь, а на второй специальным образом накручивается подходящая гайка.

Как правильно затягивать и откручивать болт

Чаще всего при затяжке болтовых соединений на различных конструкциях в домашнем хозяйстве используются обычные гаечные ключи – торцевые, рожковые и накидные. Однако в таком случае точно определить момент затяжки тяжело, поэтому в промышленном производстве и ремонтных мастерских опытные слесари применяют специальные динамометрические ключи или пневматические гайковерты, главное достоинство которых – возможность выставлять требуемый уровень затяжки, зависящий от типа механизма.

Чтобы открутить болт, используют те же самые ключи, однако в старых конструкциях чаще всего болты сильно «прикипают» к гайке из-за коррозии. Для безопасного откручивания применяют несколько простых способов:

• использование проникающей смазки WD-40 аэрозольного типа;
• небольшое постукивание по ржавому болту молотком для разрушения ржавчины в профиле резьбового соединения;
• небольшой проворот гайки в сторону закручивания (всего на несколько градусов).

Резьбовые соединения применяются во многих конструкциях и механизмах, поскольку на практике доказали свою высокую надежность и эффективность. Правильно подобранный тип болта, закрученный на требуемый момент затяжки, способен справляться с нагрузкой на протяжении всего срока эксплуатации механизма.

Класс прочности DIN и ГОСТ – предел стали на разрыв, поэтому при установке на объекты и оборудование необходимо учесть, в какой среде будет находиться крепление, а так же какой нагрузке, вибрации и давлению будет подвержено соединение. Основными стандартами крепежа, которые применяются на территории Российской Федерации, считаются DIN (немецкий стандарт), ISO и ГОСТ. Каждый стандарт имеет 10 классов прочности, который отличается у болтов, винтов и шпилек в зависимости от их механических характеристик.

Классом прочности показывается важная механическая характеристика металлических крепёжных изделий. Этим самым обозначается предел металла на разрыв. Для крепежа, что выпускается из стали углеродистой, он имеет обозначение в виде двух чисел, которые разделены между собой точкой. Одновременно указывается стандарт, с требованиями которого изготовлено крепёжное изделие. 

Болты, гайки, шпильки поделены на 10 классов по прочности

Число первое показывает в сто раз уменьшенное значение критичного предела на разрыв. Оно выражается обозначением Н/мм². То есть воздействие растягивающей силы на площадь сечения метиза. Например, в значении 8.8 первая цифра информирует о том, что прочностной предел равняется 800 Н/мм². Вторая восьмёрка показывает предел текучести, после которого начинаются деформационные процессы. Второе число можно записать в таком варианте как 800(Н/мм²).

* Для болтов диаметром более 16 мм, значение равно 830 Н/мм2

** Для болтов диаметром более 16 мм, значение равно 600 Н/мм2

Для болтов, винтов и шпилек из углеродистых нелегированных или легированных сталей, в соответствии с ГОСТ ISO 898-1-2014, установлены следующие классы прочности:

• 3.6;
• 4.6;
• 4.8;
• 5.6;
• 5.8;
• 6.8;
• 8.8;
• 9.8;
• 10.9
• 12.9.

Для удобного подбора метизов по механическим и другим свойствам создаются специальные таблицы, в которых отражены класс прочности DIN и ГОСТ. Это даёт заказчикам крепёжного материала более оперативно оформлять заявки с указанием абсолютно точных параметров, а также по сопротивлению на силовые воздействия на разрыв, срез и так далее.

Класс прочности болтов

Прочность болтов маркируется Проверяется на разрыв и на срез. Болты тестируются… если первая цифра больше второй то болты более прочные на разрыв, но менее гибкие.

Как проверяют класс прочности болтов (видео)

Классы прочности по DIN и ГОСТ

Болты класс прочности 5.8 по ГОСТ
ГОСТ 7798, ГОСТ 7805, ГОСТ 15589,
ГОСТ 7795, ГОСТ 7796, ГОСТ 7808
ГОСТ 7795, ГОСТ 7796, ГОСТ 7808

Болты класс прочности 5.8 по DIN
DIN 931, DIN 933

Болты класс прочности 6.8 по ГОСТ
ГОСТ 7805,

Болты класс прочности 6.8 по ГОСТ
DIN 931, DIN 933

Болты класс прочности 8.8 по ГОСТ
ГОСТ 7798, ГОСТ 7805, ГОСТ 7808, ГОСТ 22353-77, ГОСТ 7795, ГОСТ 7796,

Болты класс прочности 8.8 по ГОСТ
DIN 931, DIN 933

Болты класс прочности 10.9, 11.0 ХЛ, по ГОСТ
ГОСТ Р52644, ГОСТ 22353

Болты класс прочности 10.9 по DIN
DIN 931, DIN 933

Класс прочности гаек

Внимание! Класс прочности гаек маркируется только начиная с 8 класса прочности!
Гайки класс прочности 5.8 по ГОСТ
Гайка ГОСТ 5915, ГОСТ 5927, ГОСТ 15526 (класс прочности 6.0)

Гайки класс прочности 5.8 по DIN
DIN934

Гайки класс прочности 8.8 по ГОСТ
ГОСТ 5915, ГОСТ 5927,

Гайки класс прочности 8.0 по DIN
DIN 934

Гайки класс прочности 10.9, 11.0 ХЛ по ГОСТ
ГОСТ Р52645-2006, ГОСТ 22354-77

Класс прочности шайб

У шайб класса прочности не бывает. Твердость шайб измеряется единицами HV. У обычной шайбы DIN 125 твердость по нормативу составляет 140 HV. У высокопрочной шайбы EN 14399твердость 300 HV. Шайбы класс прочности 5.8 по ГОСТ

Просмотров: 46219
19.02.2014