Классы прочности крепежа
Болт шпилька винт
Болт шпилька винт производятся из различных углеродистых сталей — разным сталям соответствуют разные классы прочности. Хотя, иногда можно из одной и той же стали изготовить болты различных классов прочности, используя при этом разные способы обработки заготовки или дополнительную термическую обработку — закалку.
Например, из Стали 35 можно изготовить болты нескольких классов прочности: класса прочности 5.6 — если изготовить болты методом точения на токарном и фрезерном станке: классов 6.6 и 6.8 — получатся при изготовлении болтов методом объёмной штамповки на высадочном прессе; и класса 8.8 — если полученные перечисленными способами болты подвергнуть термической обработке — закалке.
Класс прочности для болт шпилька винт из углеродистых сталей обозначают двумя цифрами через точку. Утверждённый прочностной ряд для болт шпилька винт из углеродистых сталей содержит 11 классов прочности:
3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9
Первая цифра маркировки класса прочности болта обозначает 0,01 часть номинального временного сопротивления — это предел прочности на растяжение — измеряется в МПа (мегапаскалях) или Н/мм² (ньютонах на миллиметр квадратный). Также первая цифра маркировки класса прочности обозначает ≈0,1 часть номинального временного сопротивления, если Вы измеряете предел прочности на растяжение в кгс/мм² (килограммах-силах на миллиметр квадратный).
Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел прочности на растяжение
5/0,01=500 МПа (или 500 Н/мм²; или ≈50 кгс/мм²)
Вторая цифра обозначает 0,1 часть отношения предела текучести (напряжения, при котором уже начинается пластическая деформация) к номинальному временному сопротивлению (пределу прочности на растяжение) — таким образом для шпильки класса прочности 10.9 второе число означает, что у шпильки, относящейся к этому классу, минимальный предел текучести будет равен 90% от значения предела прочности на растяжение, то есть будет равен: (10/0,01)×(9×0,1)=1000×0,9=900 МПа (или Н/мм²; или ≈90 кгс/мм²)
Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел текучести
500х0,8=400 МПа (или 400 Н/мм²; или ≈40 кгс/мм²)
Значение предела текучести — это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, винта или шпильки, при превышении которой происходит не восстанавливаемая деформация. При расчётах нагрузки на болт шпилька винт используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, то есть, с двукратным или трёхкратным запасом прочности соответственно.
Классы прочности и марки сталей для болт шпилька винт
| Класс прочности | Марка стали | Граница прочности, МПа | Граница текучести, МПа | Твердость по Бринеллю, HB |
| 3.6 | Ст3кп, Ст3сп, Ст5кп, Ст5сп | 300…330 | 180…190 | 90…238 |
| 4.6 | Ст5кп, Ст.10 | 400 | 240 | 114…238 |
| 4.8 | Ст.10, Ст.10кп | 400…420 | 320…340 | 124…238 |
| 5.6 | Ст.35 | 500 | 300 | 147…238 |
| 5.8 | Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп | 500…520 | 400…420 | 152…238 |
| 6.6 | Ст.35, Ст.45 | 600 | 360 | 181…238 |
| 6.8 | Ст.20, Ст.20кп, Ст.35 | 600 | 480 | 181…238 |
| 8.8 | Ст.35, Ст.45, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.20Г2Р | 800* | 640* | 238…304* |
| 8.8 | Ст.35, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.20Г2Р | 800…830** | 640…660** | 242…318** |
| 9.8* | Ст.35, Ст.35Х, Ст.45, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.20Г2Р | 900 | 720 | 276…342 |
| 10.9 | Ст.35Х, Ст.38ХА, С.45, Ст.45Г, Ст.40Г2, Ст.40Х, Ст.40Х Селект, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, | 1000…1040 | 900…940 | 304…361 |
| 12.9 | Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40ХНМА | 1200…1220 | 1080…110 | 366…414 |
В таблице приведены самые распространённые в метизном производстве и рекомендованные марки сталей, но в различных особых случаях также применяются и другие стали, когда их применение продиктовано дополнительными требованиями к крепежу.
Значками помечено в таблице:
* применительно к номинальным диаметрам до 16 мм.
** применительно к номинальным диаметрам больше,чем 16 мм.
Существуют специальные стандарты на высокопрочные болты узкоотраслевого применения, имеющие свою градацию прочности. Например, стандарты на высокопрочные болты с увеличенным размером «под ключ», применяемые в мостостроении — так называемые «мостовые болты»: ГОСТ 22353-77 и российский стандарт ГОСТ Р 52644-2006.
Прочность болтов согласно этих стандартов обозначается значением временного сопротивления на разрыв (границы прочности) в кгс/см²: то есть, 110, 95, 75 и т.д.
Такие болты могут производиться в двух исполнениях:
- Исполнение У — для климатических областей с максимально низкой температурой до -400С — буква У не обозначается в маркировке
- Исполнение ХЛ — для климатических областей с максимально низкой температурой от -400С до -650С — обозначается в маркировке на головке болта после класса прочности
| Резьба болтов | Класс прочности болтов | Марка стали | Граница прочности, МПа (кгс/см²) | Относит. удлинение, % | Ударная вязкость болтов исполнения ХЛ, МДж/м²(кгс·м/см²) | Макс. твердость по Бринеллю, HB |
| М16…М27 | 110 | 40Х Селект | 1100 (110)…1350 (135) | минимум 8 | минимум 0,5 (5) | 388 |
| М30 | 95 | 950 (95)…1150 (115) | 363 | |||
| М36 | 75 | 750 (75)…950 (95) | ||||
| М42 | 65 | 650 (65)…850 (85) | ||||
| М48 | 60 | 600 (60)…800 (80) |
Гайка класс прочности
Гайка класс прочности для углеродистых сталей нормальной высоты (Н≈0,8d), гаек высоких (Н≈1,2d) и особо высоких (Н≈1,5d) обозначается одним числом. Утверждённый прочностной ряд содержит семь классов прочности:
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 класс прочности болтов 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 — оптимальной будет пара с класс прочности болтов 8.8.
Классы прочности и марки сталей для гаек нормальной высоты, гаек высоких и гаек особо высоких
| Класс прочности | Марка стали | Граница прочности, МПа | Твердость по Бринеллю, HB |
| 4 | Ст3кп, Ст3сп, Ст.5, Ст.5кп, Ст.20 | 510 | 112…288 |
| 5 | Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп | 520…630 | 124…288 |
| 6 | Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп, Ст.35, ст.45, ст.40Х | 600…720 | 138…288 |
| 8 | Ст.35, Ст.45, Ст.20Г2Р, Ст.40Х | 800…920 | 162…288 |
| 9 | Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.45, Ст.40Х | 1040…1060 | 180…288 |
| 10 | Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.45, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.40ХНМА | 900…920 | 260…335 |
| 12 | Ст.30ХГСА, Ст.40ХНМА | 1150…1200 | 280…335 |
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.
При подборе класс прочности болтов и гайка класс прочности, сопрягаемых в резьбовом соединении, можно пользоваться следующей таблицей согласно ГОСТ 1759.4-87:
Сопрягаемые болты:
| Гайка класс прочности | Класс прочности | Диаметр резьбы |
| 4 | 3.6; 4.6; 4.8 | до М16 |
| 5 | 3.6; 4.6; 4,8 | свыше M16 |
| 5 | 5.6; 5.8 | до М48 |
| 6 | 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8 | до М48 |
| 8 | 8.8 | до М48 |
| 9 | 8.8 | от М16 до М48 |
| 9 | 9.8 | до M16 |
| 10 | 10.9 | до М48 |
| 12 | 12.9 | до М48 |
Как правило, гайки высших классов прочности могут заменить гайки низших классов прочности. Такая замена рекомендуется для соединений «болт + гайка», напряжение в которых будет выше предела текучести, или напряжения от пробной нагрузки болта.
Прочность шайб
Прочность шайб, в отличие от болтов и гаек, которые имеют классы прочности обозначаемые количественно цифрами, исходя из показателей прочности на разрыв и пластичности, шайбы несут нагрузки на сжатие, кручение, срез и, в основном, призваны распределить нагрузку в болтовом соединении на большую площадь. В таком случае для прочность шайб определяющим параметром является поверхностная твёрдость, и ко всем видам шайб предъявляются требования по твердости. Если речь идёт о классе прочность шайб, то подразумевается именно твердость шайб.
По аналогии с болтами, винтами и гайками многие называют твердость у шайб их классом прочности.
Класс прочности (твердость) шайб может измеряться и обозначаться в различных единицах — в зависимости от метода измерения твёрдости: методы измерения бывают по Виккерсу, по Роквеллу и по Бринеллю. Размеры, наличие защитного покрытия и в обязательном порядке твердость определяют сферу применения шайб в различных условиях работы.
Наиболее распространён метод Виккерса — шайбы могут иметь твёрдость по Виккерсу от 100 единиц до 400, и обозначаются HV100, HV200, HV300 и т.д. По Роквеллу твёрдость обозначается HRC, по Бринеллю НВ.