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 прочностиМарка сталиГраница прочности, МПаГраница текучести, МПаТвердость по Бринеллю, HB
3.6Ст3кп, Ст3сп, Ст5кп, Ст5сп300…330180…19090…238
4.6Ст5кп, Ст.10400240114…238
4.8Ст.10, Ст.10кп400…420320…340124…238
5.6Ст.35500300147…238
5.8Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп500…520400…420152…238
6.6Ст.35, Ст.45600360181…238
6.8Ст.20, Ст.20кп, Ст.35600480181…238
8.8Ст.35, Ст.45, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.20Г2Р800*640*238…304*
8.8Ст.35, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.20Г2Р800…830**640…660**242…318**
9.8*Ст.35, Ст.35Х, Ст.45, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.20Г2Р900720276…342
10.9Ст.35Х, Ст.38ХА, С.45, Ст.45Г, Ст.40Г2, Ст.40Х, Ст.40Х Селект, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА,1000…1040900…940304…361
12.9Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40ХНМА1200…12201080…110366…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 болтовКласс прочности болтовМарка сталиГраница прочности, МПа (кгс/см²)Относит. удлинение, %Ударная вязкость болтов исполнения ХЛ, МДж/м²(кгс·м/см²)Макс. твердость по Бринеллю, HB
М16…М27110
40Х Селект
1100 (110)…1350 (135)
минимум 8
минимум 0,5 (5)
388
М3095950 (95)…1150 (115)
363
М3675750 (75)…950 (95)
М4265650 (65)…850 (85)
М4860600 (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 прочностиМарка сталиГраница прочности, МПа
Твердость по Бринеллю, HB
4Ст3кп, Ст3сп, Ст.5, Ст.5кп, Ст.20510112…288
5Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп520…630124…288
6Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп, Ст.35, ст.45, ст.40Х600…720138…288
8Ст.35, Ст.45, Ст.20Г2Р, Ст.40Х800…920162…288
9Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.45, Ст.40Х1040…1060180…288
10Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.45, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.40ХНМА900…920260…335
12Ст.30ХГСА, Ст.40ХНМА1150…1200280…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 прочностиКласс прочностиДиаметр резьбы
43.6; 4.6; 4.8до М16
53.6; 4.6; 4,8свыше M16
55.6; 5.8до М48
64.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8до М48
88.8до М48
98.8от М16 до М48
99.8до M16
1010.9до М48
1212.9до 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.