Класи міцності Болтів, Гвинтів, Шпильок, Гайок. Маркування міцності кріплення
Стали і міцність кріплення
Машинобудівний кріплення може мати різне призначення і виконувати найрізноманітніші завдання - від простого формування цілісності конструкції до сприйняття основної несучої силового навантаження на конструкцію. Чим більше навантаження на кріплення, тим більш високою міцністю він повинен володіти.
Залежно від призначення і галузі застосування кріплення виготовляють різних класів міцності, відповідно з різних марок сталей. Немає ніякої потреби використовувати високоміцні болти для кріплення, скажімо, козирка на кіоску, і навпаки - зовсім неприпустимо використовувати болти звичайного, низького, класу міцності у відповідальних конструкціях баштових або козлових кранів - тут застосовуються виключно високоміцні болти по ГОСТ 7817-70 - звідси і народна назва таких болтів "кранові болти". Бажання заощадити і використовувати звичайні болти - дешевше, або "кранові болти", але виготовлені з низкопрочных сталей, призводить до видовищним новин по телевізору з падаючим краном в центрі уваги.
Для різних видів кріплення (болти, гвинти, гайки, шпильки) використовуються різні сталі, різні класи міцності і різна їх маркування.
Розглянемо по-порядку.
Болти, гвинти і шпильки
Болти, гвинти і шпильки виробляються з різних вуглецевих сталей - різних сталей відповідають різні класи міцності. Хоча, іноді можна з однієї і тієї ж сталі виготовити болти різних класів міцності, використовуючи при цьому різні способи обробки заготовки або додаткову термічну обробку - загартування.
Наприклад, зі Сталі 35 можна виготовити болти декількох класів міцності: класу міцності 5.6 - якщо виготовити болти методом точіння на токарному та фрезерному верстаті: класів 6.6 та 6.8 - вийдуть при виготовленні болтів методом об'ємного штампування на высадочном пресі; і класу 8.8 - якщо отримані перерахованими способами болти піддати термічній обробці - загартуванню.
Клас міцності болтів, гвинтів і шпильок з вуглецевих сталей позначають двома цифрами через точку. Затверджений прозорого ряд для болтів, гвинтів і шпильок з вуглецевих сталей містить 11 класів міцності:
3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9
Перша цифра маркування класу міцності болта позначає 0,01 частина номінального тимчасового опору - це межа міцності на розтяг - вимірюється в МПа (мегапаскалях) або Н/мм2 (ньютонах на квадратний міліметр). Також перша цифра маркування класу міцності позначає ≈0,1 частина номінального тимчасового опору, якщо Ви вимірюєте межа міцності на розтягання в кгс/мм2 (кілограмах-силах на квадратний міліметр).
Приклад: Шпилька класу міцності 5.8: Визначаємо межа міцності на розтяг
5/0,01=500 МПа (або 500 Н/мм2; або ≈50 кгс/мм2)
Друга цифра позначає 0,1 частину відношення межі текучості (напруги, при якому вже починається пластична деформація) до номінального тимчасовому опору (межі міцності на розтяг) - таким чином для шпильки класу міцності 10.9 друге число означає, що у шпильки, що відноситься до цього класу, мінімальний межа плинності дорівнює 90% від значення межі міцності на розтягування, тобто буде рівний: (10/0,01)×(9×0,1)=1000×0,9=900 МПа (або Н/мм2; або ≈90 кгс/мм2)
Приклад: Шпилька класу міцності 5.8: Визначаємо межа текучості
500х0,8=400 МПа (або 400 Н/мм2; або ≈40 кгс/мм2)
Значення межі текучості - це максимально допустима робоча навантаження болта, гвинта або шпильки, при перевищенні якої відбувається невідновлювальна деформація. При розрахунках навантаження на болти, гвинти або шпильки використовують 1/2 або 1/3 від межі текучості, тобто, з дворазовим або трикратним запасом міцності відповідно.
Класи міцності і марки сталей для болтів, гвинтів і шпильок
| Клас міцності | Марка стали | Межа міцності, МПа | Межа текучості, МПа | Твердість за Брінеллем, 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.40М2, 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 |
У таблиці наведено найпоширеніші у метизному виробництві та рекомендовані марки сталей, але в різних особливих випадках також застосовуються й інші стали, коли їх застосування обумовлене додатковими вимогами до кріплення.
Значками позначено в таблиці:
* стосовно до номінальних діаметрів до 16 мм.
** стосовно до номінальних діаметрів більше,ніж 16 мм.
Існують спеціальні стандарти на високоміцні болти узкоотраслевого застосування, мають свою градацію міцності. Наприклад, стандарти на високоміцні болти із збільшеним розміром "під ключ", що застосовуються в мостобудуванні - так звані "мостові болти": ГОСТ 22353-77 і російський стандарт ГОСТ Р 52644-2006.
Міцність болтів згідно цих стандартів позначається значенням тимчасового опору на розрив (межі міцності) в кгс/см2: тобто, 110, 95, 75 і т. д.
Такі болти можуть проводитися в двох виконаннях:
- Виконання У - для кліматичних областей з максимально низькою температурою до -400С - буква У не позначається в маркуванні
- Виконання ХЛ - для кліматичних областей з максимально низькою температурою від -400С до -650С - позначається в маркуванні на голівці болта після класу міцності
| Різьблення болтів | Клас міцності болтів | Марка стали | Межа міцності, МПа (кгс/см2) | Відносить. подовження, % | Ударна в'язкість болтів виконання ХЛ, МДж/м2 (кгс·м/см2) | Макс. твердість за Брінеллем, HB |
|---|---|---|---|---|---|---|
| М16...М27 | 110 | 40Х Селект | 1100 (110)...1350 (135) | мінімум 8 | мінімум 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) |
У виробництві високоміцних болтів за даними стандартам використовуються також стали 30Х3МФ, 30Х2АФ і 30Х2НМФА. Застосування таких сталей дозволяє досягти ще більш високої міцності.
Маркування міцності болтів, гвинтів, шпильок
Маркування болтів і гвинтів під шестигранний ключ
Система маркування метричного кріплення розроблена інженерами ISO (International Standard Organization - Міжнародна Організація Стандартів). Радянські, російські та українські стандарти спираються саме на цю систему.
Маркуванню підлягають болти і гвинти з діаметром різьби понад 6 мм. Болти і гвинти діаметром менше 6 мм маркувати необов'язково - виробник може наносити маркування за власною ініціативою.
Необхідно відзначити, що серед гвинтів маркуються тільки гвинти, мають шліц під шестигранний ключ, з різною формою головки: з циліндричної, з напівкруглою і з потайною головкою. Гвинти з усіма типами голівки, що мають хрестової або прямий шліц, не маркуються позначенням класу міцності.
Необхідно також відзначити, що не маркуються болти і гвинти виготовлені методом різання, точіння (тобто не штампуванням) - у цьому випадку маркування класу міцності можлива по додатковому вимогу Замовника.
Знаки маркування наносять на торцевій або боковій поверхні головки болта або гвинта. Якщо знаки наносяться на бічну поверхню головки, то вони мають бути поглибленими. Допускається маркування опуклими знаками, при цьому збільшення висоти головки болта або гвинта не повинно перевищувати:
- 0,1 мм - для виробів з діаметром різьби до 8 мм;
- 0,2 мм - для виробів з діаметром різьби від 8 мм до 12 мм;
- 0,3 мм - для виробів з діаметром різьби понад 12 мм
Болти і гвинти з шестигранною і зіркоподібною головкою (в тому числі вироби з фланцем) маркують товарним знаком виробника і позначенням класу міцності. Дана маркування наноситься на верхній частині головки опуклими або заглибленими знаками; може також наноситися на бічній частині головки заглибленими знаками. Для болтів і гвинтів з фланцем, якщо в процесі виробництва неможливо нанести маркування на верхній частині голівки, маркування наносять на фланці.
Болти з напівкруглою головкою і квадратним підголівником по ГОСТ 7802-80 класів міцності 8.8 і вище маркують знаком виробника і позначенням класу міцності.
Символи маркування класів міцності болтів і гвинтів під шестигранний ключ, наведені в наступній таблиці:
Якщо дані символи неможливо нанести через форми головки або її малих розмірів, застосовуються символи маркування по системі циферблата. Ці символи наведено у наступній таблиці:
Також, в окремих випадках, на голівці болта може маркуватися сталь з якої виготовлений болт. Показаний приклад болта із Сталі 40Х.
Маркування шпильок
Шпильки маркують цифрами класу міцності тільки з діаметром різьби понад 12 мм. Так як маленькі діаметри шпильок важко маркувати з допомогою цифрових клейм, то допускається маркувати такі шпильки, з діаметрами різьби М8, М9, М10, М11, використовуючи альтернативні знаки, наведені на малюнку. Знаки наносять на торці гайкового кінця шпильки.
Шпильки маркують тавруванням з поглибленими знаками і нанесенням позначення класу міцності c товарним знаком виробника на безрезьбовом ділянці шпильки. Маркуванню підлягають шпильки класів міцності 5.6, 8.8 і вище.
Гайки
Клас міцності гайок з вуглецевих сталей нормальної висоти (Н≈0,8 d), гайок високих (Н≈1,2 d) і особливо високих (Н≈1,5 d) позначається одним числом. Затверджений прозорого ряд містить сім класів міцності:
4; 5; 6; 8; 9; 10; 12
Це число позначає 1/100 частину межі міцності болта з яким в парі повинна компонуватися гайка в різьбовому з'єднанні. Таке поєднання болта і гайки називається рекомендованим та дозволяє рівномірно розподілити навантаження в різьбовому з'єднанні.
Наприклад, гайка класу міцності 8 повинна компонуватися з болтом, у якого межа міцності не менше, ніж:
8 х 100 = 800 МПа (або 800 Н/мм2; або ≈80 кгс/мм2)
Отже, можна використовувати болти класів міцності 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 - оптимальної буде пара з болтом класу міцності 8.8.
Класи міцності і марки сталей для гайок нормальної висоти, гайок високих і гайок особливо високих
| Клас міцності | Марка стали | Межа міцності, МПа | Твердість за Брінеллем, 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, 40Х ст. | 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 підбору гайок до болтів полягає у збереженні цілісності різьби гайки, навінченной на болт, при додатку пробної випробувальної навантаження - просто кажучи, при випробуваннях гайку не повинно "зірвати" від випробувальної навантаження для вибраного болта.
При підборі класів міцності болтів і гайок, що сполучаються в різьбовому з'єднанні, можна користуватися наступною таблицею згідно з ГОСТ 1759.4-87:
| Клас міцності гайки | Сполучаються болти | |
| Клас міцності | Діаметр різьби | |
| 4 | 3.6; 4.6; 4.8 | до М16 |
| 5 | 3.6; 4.6; 4,8 | понад M16 |
| 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 | від М16 до М48 |
| 9.8 | до M16 | |
| 10 | 10.9 | до М48 |
| 12 | 12.9 | до М48 |
Як правило, гайки вищих класів міцності можуть замінити гайки нижчих класів міцності. Така заміна рекомендується для з'єднань "болт + гайка", напруга в яких буде вище межі плинності, або напруги від пробної навантаження болта.
Класи міцності і марки сталей для гайок низьких
З причини того, що низькі шестигранні гайки призначені, в основному, для перешкоди отвинчиванию сполучаються шестигранних гайок нормальною або збільшеною висоти, і не несуть силового навантаження - їх виготовляють із низьковуглецевих сталей. Клас міцності низькою гайки позначається двозначним числом з двох цифр: перша - 0 (означає, що гайка не призначена для несення силового навантаження), друга 4 або 5 (позначає 1/100 частину навантаження, при якій зривається різьба гайки). Прозорого ряд для низьких гайок складається з двох класів міцності: 04 і 05
Також існує група особливо низьких гайок з висотою Н менше 0,5 d. У цю групу включені гайки для легких сполук, які не піддаються якимось суттєвим навантаженням. Для таких гайок не визначається клас міцності - замість цього може бути вказана 1/10 частина від мінімальної твердості за Брінеллем, HV.
У наступній таблиці наведено марки сталей, що використовуються при виготовленні низьких гайок:
| Клас міцності | Марка стали | Межа міцності, МПа | Твердість за Брінеллем, HB |
|---|---|---|---|
| 04 | Ст.3, Ст.3кп, Ст.5, Ст.5кп | 380 | 162...288 |
| 05 | Ст.10, Ст.10кп | 500 | 260...335 |
Значками позначено в таблиці:
* для номінальних діаметрів до 16 мм.
** для номінальних діаметрів свыше16 мм.
Спільно з високоміцними болтами узкоотраслевого застосування, мають свою градацію міцності, застосовуються відповідні високоміцні гайки. Наприклад, із вже згаданими "мостовими болтами" по ГОСТ 22353-77 і ГОСТ Р 52644-2006 застосовуються гайки із збільшеним розміром "під ключ" за стандартами ГОСТ 22354-77 і ГОСТ Р 52645-2006.
Міцність гайок згідно цих стандартів позначається таким же значенням, як у сопрягаемого болта - значенням тимчасового опору на розрив (межі міцності) в кгс/см2: 110, 95, 75 і т. д. Такі гайки, болти можуть проводитися в двох виконаннях:
- Виконання У - для кліматичних областей з максимально низькою температурою до -400С - буква У не позначається в маркуванні
- Виконання ХЛ - для кліматичних областей з максимально низькою температурою від -400С до -650С - позначається в маркуванні на голівці болта після класу міцності
| Різьба сполучаються болтів | Марка стали болта | Клас міцності гайки | Межа міцності, МПа (кгс/см2) | Марка стали гайки | Твердість за Брінеллем, HB |
|---|---|---|---|---|---|
| М16...М27 | Ст. 40Х Селект | 110 | 1100 (110) | Ст. 35, Ст.40, Ст.45, Ст. 35Х, Ст.40Х | 241...341 |
| М30 | 95 | 950 (95) | 229...341 | ||
| М36 | 75 | 750 (75) | |||
| М42 | 65 | 650 (65) | |||
| М48 | 60 | 600 (60) |
У виробництві високоміцних гайок за даними стандартам використовуються також стали 30Х3МФ, 30Х2АФ і 30Х2НМФА спільно з болтами з відповідних сталей. Застосування таких сталей дозволяє досягти ще більш високої міцності гайок.
Маркування шестигранних гайок
Маркують гайки з діаметром різьби більше 6 мм. Знаки маркування наносять на одну з торцевих поверхонь. Гайки найменшого класу міцності 4 не маркують.
У деяких технічно обгрунтованих випадках допускається наносити маркування на бічних поверхнях (гранях) гайки.
Знаки повинні бути заглибленими.
Допускається маркування гайок по системі циферблата. Така система використовується в основному на гайках малих розмірів, коли для цифрових знаків просто немає місця. При цьому способі маркування наноситься:
- поглибленими знаками на торцевій поверхні - точка на 12 годин і ризики по колу бічній поверхні
- опуклими або заглибленими знаками на фасках - точка на 12 годин і ризики по колу похилій поверхні фасок
Відповідність маркування з класом міцності гайки наведено на схемі:
Точка на 12 годин може бути замінена товарним знаком виробника. В гайках класу міцності 12 точка обов'язково повинна бути замінена на товарний знак виробника, щоб уникнути візуального злиття з рискою на 12 годин.
Міцність шайб
На відміну від болтів і гайок, які мають класи міцності позначаються кількісно цифрами, виходячи з показників міцності на розрив і пластичності, шайби несуть навантаження на стиск, кручення, зріз і, в основному, покликані розподілити навантаження в болтовом з'єднанні на більшу величину. У такому разі для шайб визначальним параметром є поверхнева твердість, і до всіх видів шайб пред'являються вимоги по твердості. Якщо мова йде про клас міцності шайб, то мається на увазі саме твердість шайб.
За аналогією з болтами, гвинтами і гайками багато називають твердість у шайб їх класом міцності.
Клас міцності (твердість) шайб може вимірюватися і позначатися в різних одиницях - в залежності від методу вимірювання твердості: методи вимірювання бувають по Віккерсу, по Роквеллу і за Брінеллем. Розміри, наявність захисного покриття і в обов'язковому порядку твердість визначають сферу застосування шайб у різних умовах роботи.
Найбільш поширений метод Віккерса - шайби можуть мати твердість по Віккерсу від 100 до 400 одиниць, і позначаються HV100, HV200, HV300 і т. д. По Роквеллу позначається твердість HRC, за Брінеллем НВ.
