В крепежных изделиях, таких как болты, винты, шпильки и гайки, классы прочности определяют надежность и безопасность конструкций. Правильный выбор крепежа по маркировке и прочностным характеристикам предотвращает аварии и продлевает срок службы сооружений. В статье рассмотрим классы прочности различных типов крепежа, их маркировку и значение, что поможет специалистам и любителям ориентироваться в ассортименте и выбирать оптимальные решения для проектов.
Маркировка прочности болтов, винтов
Система маркировки метрического крепежа разработана Международной Организацией Стандартов (ISO) и используется в стандартах Советского Союза, России и Украины.
Маркировке подлежат болты и винты с диаметром резьбы более 6 мм. Для изделий с диаметром менее 6 мм маркировка не обязательна — производитель решает, наносить ли ее.
Из винтов маркировке подлежат только те, что имеют шлиц для шестигранного ключа и могут иметь цилиндрическую, полукруглую или потайную головки. Винты с крестовым или прямым шлицем не маркируются классом прочности.
Болты и винты, изготовленные методом резания или точения, не подлежат обязательной маркировке, но по запросу заказчика маркировка класса прочности может быть выполнена.
Знаки маркировки размещаются на торцевой или боковой поверхности головки болта или винта. Если на боковой поверхности, то они должны быть углубленными. Допускается использование выпуклых знаков, при этом увеличение высоты головки не должно превышать: 0,1 мм для изделий с диаметром до 8 мм; 0,2 мм для изделий от 8 мм до 12 мм; 0,3 мм для изделий свыше 12 мм.
Болты и винты с шестигранной и звездообразной головкой (включая изделия с фланцем) маркируются товарным знаком производителя и обозначением класса прочности. Эта маркировка наносится на верхней части головки выпуклыми или углубленными знаками, а также может быть размещена на боковой части головки. Для болтов и винтов с фланцем, если невозможно нанести маркировку на верхней части, она переносится на фланец.
Болты с полукруглой головкой и квадратным подголовником, соответствующие ГОСТ 7802-80 и имеющие классы прочности 8.8 и выше, маркируются знаком производителя и обозначением класса прочности.
Если по причине формы головки или ее небольших размеров невозможно нанести стандартные символы (3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9), используются символы маркировки по системе циферблата. Эти символы представлены в следующей таблице:
Эксперты в области крепежных изделий подчеркивают важность правильной маркировки прочности болтов, винтов, шпилек и гаек для обеспечения надежности конструкций. Классы прочности, обозначаемые цифрами и буквами, позволяют быстро оценить механические свойства крепежа. Например, болты класса 8.8 обладают высокой прочностью на сдвиг и растяжение, что делает их идеальными для ответственных соединений. В то же время, маркировка, такая как 12.9, указывает на еще более высокие характеристики, что особенно важно в условиях повышенных нагрузок. Эксперты рекомендуют всегда обращать внимание на эти обозначения при выборе крепежа, так как неправильный выбор может привести к серьезным последствиям, включая разрушение конструкций. Правильная маркировка не только упрощает процесс выбора, но и способствует повышению безопасности в строительстве и машиностроении.
Маркировка шпилек
Шпильки маркируют цифрами класса прочности только с диаметром резьбы свыше 12 мм. Так как маленькие диаметры шпилек затруднительно маркировать с помощью цифровых клейм, то допускается маркировать такие шпильки, с диаметрами резьбы М8, М9, М10, М11, используя альтернативные знаки, приведенные на рисунке. Знаки наносят на торце гаечного конца шпильки.
- Читайте также:
Шпильки маркируют клеймением с углубленными знаками и нанесением обозначения класса прочности c товарным знаком производителя на безрезьбовом участке шпильки. Маркировке подлежат шпильки классов прочности 5.6, 8.8 и выше.
| Класс прочности | Маркировка | Минимальное предел текучести (МПа) |
|---|---|---|
| 4.6 | 4.6 | 240 |
| 5.6 | 5.6 | 300 |
| 6.8 | 6.8 | 400 |
| 8.8 | 8.8 | 640 |
| 10.9 | 10.9 | 900 |
| 12.9 | 12.9 | 1040 |
Интересные факты
Вот несколько интересных фактов о классах прочности крепежа и их маркировке:
-
Классы прочности: Классы прочности болтов и винтов обозначаются цифрами, например, 8.8, 10.9 или 12.9. Первая цифра указывает на минимальную прочность на сдвиг в мегапаскалях (МПа), умноженную на 100. Вторая цифра обозначает коэффициент пластичности. Например, класс 8.8 имеет прочность 800 МПа и минимальную пластичность 20%.
-
Маркировка гаек: Гайки, которые используются с болтами и винтами, также имеют свои классы прочности. Они маркируются аналогично, но с добавлением буквы «Н» (например, Н8.8). Это указывает на то, что гайка предназначена для работы с болтами соответствующего класса прочности.
-
Специальные маркировки: Некоторые крепежные изделия имеют специальные маркировки, указывающие на их устойчивость к коррозии или высокие температуры. Например, крепеж из нержавеющей стали может иметь маркировку A2 или A4, где A2 указывает на стандартную нержавеющую сталь, а A4 — на сталь с повышенной коррозионной стойкостью, используемую в агрессивных средах, таких как морская вода.
Маркировка гаек
Класс прочности гаек из углеродистых сталей нормальной (Н≈0,8d), высоких (Н≈1,2d) и особо высоких (Н≈1,5d) высот обозначается одним числом. Утверждённый ряд включает семь классов: 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12. Это число — 1/100 часть предела прочности болта, с которым гайка используется в резьбовом соединении. Такое сочетание называется рекомендуемым, так как способствует равномерному распределению нагрузки.
Маркировка гаек осуществляется для изделий с диаметром резьбы более 6 мм. Знаки наносятся на одну из торцевых поверхностей. Гайки класса прочности 4 не маркируются. В некоторых случаях допускается маркировка на боковых поверхностях. Знаки должны быть углублёнными.
Например, гайка класса прочности 8 используется с болтом, предел прочности которого не менее 800 МПа (или 800 Н/мм²; или примерно 80 кгс/мм²). Можно применять болты классов 8.8; 9.8; 10.9; 12.9, оптимально — с болтом класса 8.8.
Допускается маркировка по системе циферблата для малых размеров, когда для цифровых знаков недостаточно места. В этом случае маркировка наносится:
- углублённые знаки на торцевой поверхности — точка на 12 часов и риски по окружности боковой поверхности;
- выпуклые или углублённые знаки на фасках — точка на 12 часов и риски по окружности наклонной поверхности фасок.
Точка на 12 часов может быть заменена товарным знаком производителя. В гайках класса прочности 12 точка должна быть заменена на товарный знак, чтобы избежать визуального слияния с риской.
Правило выбора гаек к болтам — сохранить целостность резьбы гайки при приложении пробной нагрузки. Гайку не должно «сорвать» от испытательной нагрузки для выбранного болта.
При выборе классов прочности болтов и гаек можно использовать таблицу согласно ГОСТ 1759.4-87. Гайки более высоких классов могут заменять гайки низших классов, что рекомендуется для соединений, где напряжение превышает предел текучести или напряжение от пробной нагрузки.
Читайте также:
Низкие шестигранные гайки предназначены для предотвращения отвинчивания сопрягаемых шестигранных гаек нормальной или увеличенной высоты и не несут силовой нагрузки, поэтому их изготавливают из низкоуглеродистых сталей. Класс прочности низкой гайки обозначается двузначным числом: первая цифра — 0 (указывает на отсутствие силовой нагрузки), вторая — 4 или 5 (указывает 1/100 часть нагрузки, при которой срывается резьба). Прочностной ряд для низких гаек состоит из классов 04 и 05.
Существует группа особо низких гаек с высотой Н менее 0,5d, предназначенных для лёгких соединений без значительных нагрузок. Для таких гаек класс прочности не определяется — может быть указана 1/10 часть от минимальной твёрдости по Виккерсу, HV.
Классы прочности и марки стали для низких гаек:
Вместе с высокопрочными болтами узкоотраслевого применения используются соответствующие высокопрочные гайки. Например, с «мостовыми болтами» по ГОСТ 22353-77 и ГОСТ Р 52644-2006 применяются гайки с увеличенным размером «под ключ» по стандартам ГОСТ 22354-77 и ГОСТ Р 52645-2006.
Прочность гайек согласно этим стандартам обозначается тем же значением, что и у болта — значением временного сопротивления на разрыв в кгс/см²: 110, 95, 75 и т.д. Такие гайки могут производиться в двух исполнениях:
- Исполнение У — для климатических областей с температурой до -40°C — буква У не указывается.
- Исполнение ХЛ — для климатических областей с температурой от -40°C до -65°C — обозначается в маркировке на головке болта после класса прочности.
В производстве высокопрочных гаек используются стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА в сочетании с болтами из соответствующих сталей, что позволяет достичь высокой прочности.
Классы прочности болтов: маркировка, классификация, ГОСТ 7798-70
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
Современные болты различаются по прочности, что зависит от типа стали, использованной в производстве. Выбор болтов должен основываться на задачах, которые они решают.
Для легких конструкций с небольшими нагрузками подойдут болты низкого класса прочности. Для ответственных конструкций, работающих под большими нагрузками, необходимы изделия с высокой прочностью. К таким конструкциям относятся башенные и козловые краны, для которых используют болты наивысшего класса прочности, известные как «крановые». Их характеристики регламентируются стандартами ГОСТ 7817-70, а изготавливаются они из высокопрочных сортов стали.
Крепежные элементы бывают различных типов: болты, гайки, винты и шпильки, каждый из которых имеет свое назначение. Для их производства применяются стали различных классов прочности, что влияет на маркировку крепежных элементов.
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%.
Болт с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником
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.
Болт с шестигранной головкой и фланцем
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.
Основные марки стали, применяемые при производстве болтов
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.
- 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.
- 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».
Параметры высокопрочных болтов
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, разработанная Международной организацией по стандартизации (ISO), представлена в специализированных таблицах для выбора крепежа. Все советские и современные российские стандарты основываются на этой системе.
Обязательной маркировке подлежат болты и винты диаметром более 6 мм. Для изделий меньшего диаметра маркировка наносится по усмотрению производителя.
Винты с крестообразным или прямым шлицем не требуют обязательной маркировки, в то время как изделия с шестигранным шлицем и любой формой головки должны быть маркированы.
Не требуется обязательная маркировка для нештампованных болтов и винтов, изготовленных методом точения или резания; маркировка наносится только по запросу заказчика.
Стандартное размещение маркировки на болтах
Маркировка наносится на торцевую или боковую часть головки. Если выбрана боковая сторона, маркировка должна быть углубленной. Выпуклая маркировка не должна превышать следующие размеры:
- 0,1 мм — для болтов и винтов с диаметром резьбы до 8 мм;
- 0,2 мм — для изделий с диаметром резьбы от 8 до 12 мм;
- 0,3 мм — для болтов и винтов с диаметром резьбы более 12 мм.
Геометрические параметры различных типов резьбового крепежа регулируются отдельными ГОСТами. Например, изделия по ГОСТ 7798-70 — это болты с шестигранной головкой нормальной точности, широко используемые в различных отраслях.
ГОСТ 7798-70 определяет технические характеристики и геометрические параметры таких болтов. С материалами, соответствующими этому стандарту, можно ознакомиться ниже.
Особенности соединения с помощью резьбы
- 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.
- Выдерживание поперечных и осевых нагрузок. Изготовленные из специальных марок стали, болты хорошо противодействуют нагрузкам в любом направлении.
- 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.
- 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.
Болт лемешный с потайной головкой
Не нужно забывать, что сегодня также активно применяются всевозможные средства стопорения, включая контргайки и пружинные шайбы.
Виды резьбового крепления
Для создания резьбового соединения нужны две детали: одна с наружной резьбой, другая — с внутренней. Существует несколько типов резьбы.
Болтовое соединение
В деталях сверлятся сквозные отверстия. В них вставляется болт, который затягивается гайкой с противоположной стороны.
Винтовое соединение
Здесь гайка заменяется деталью с предварительно высверленным и нарезанным отверстием. Другая деталь фиксируется болтом или винтом. При использовании саморезов предварительное сверление не требуется, так как они создают резьбу самостоятельно.
Соединение с помощью шпилек
Один конец шпильки ввинчивается в узловую деталь, на втором конце накручивается 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.
Влияние материала на прочность крепежа
Прочность крепежных элементов, таких как болты, винты, шпильки и гайки, во многом зависит от материала, из которого они изготовлены. Разные материалы обладают различными механическими свойствами, что напрямую влияет на их способность выдерживать нагрузки и обеспечивать надежное соединение.
Наиболее распространенными материалами для производства крепежа являются углеродная сталь, нержавеющая сталь, легированные стали и специальные сплавы. Каждый из этих материалов имеет свои характеристики, которые определяют класс прочности крепежа.
Углеродная сталь является наиболее распространенным материалом для крепежных изделий. Она обладает хорошими механическими свойствами и доступна по цене. Классы прочности для углеродной стали варьируются от 4.6 до 12.9, где первое число обозначает минимальную прочность на сдвиг, а второе — минимальную прочность на растяжение. Например, болт класса 8.8 имеет предел прочности на растяжение 800 МПа и предел текучести 640 МПа.
Нержавеющая сталь используется в условиях, где требуется высокая коррозионная стойкость. Крепеж из нержавеющей стали обычно маркируется по системе AISI (Американский институт нефти) и может иметь классы прочности, такие как A2 (304) и A4 (316). Эти маркировки указывают на содержание никеля и хрома, что влияет на коррозионную стойкость и механические свойства. Например, нержавеющая сталь A4 обладает высокой устойчивостью к коррозии, но может иметь несколько меньшую прочность по сравнению с углеродной сталью.
Легированные стали содержат добавки, такие как хром, молибден или ванадий, что значительно улучшает их прочностные характеристики. Крепеж из легированных сталей может достигать классов прочности до 12.9, что делает его идеальным для применения в условиях высокой нагрузки, таких как в авиационной и автомобильной промышленности.
Специальные сплавы, такие как титановые или алюминиевые, используются в специфических областях, где важны легкость и высокая прочность. Эти материалы могут иметь уникальные механические свойства, которые делают их идеальными для использования в высокотехнологичных приложениях, таких как космическая техника или спортивное оборудование.
Важно отметить, что не только материал, но и процесс производства крепежа также влияет на его прочность. Например, термообработка, закалка и отпуск могут значительно повысить прочностные характеристики болтов и винтов. Поэтому при выборе крепежа необходимо учитывать как материал, так и технологию его производства.
В заключение, выбор материала для крепежа является критически важным аспектом, который влияет на его прочность и надежность. Понимание различных классов прочности и маркировки поможет инженерам и конструкторам правильно подбирать крепежные элементы для конкретных условий эксплуатации.
Вопрос-ответ
Какой класс прочности у шпильки?
Болты, винты, шпильки разделяются на несколько классов по прочности: 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9. Символы классов состоят из двух чисел, разделённых точкой. Первое число состоит из одной или двух цифр, обозначающих 1/100 от номинального предела прочности в мегапаскалях (МПа = Н/мм²).
Какие болты и винты подлежат маркировке класса прочности?
Маркировке подлежат болты и винты с диаметром резьбы свыше 6 мм. Болты и винты диаметром менее 6 мм маркировать необязательно. Производитель может наносить маркировку по собственной инициативе.
Как определяется класс прочности болтов?
Класс прочности крепёжных изделий определяется их механическими свойствами. В соответствии с ГОСТ 1759.4-87 все крепёжные элементы (кроме гаек!) разделяют на 11 категорий и маркируют двумя цифрами, между которыми стоит точка: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9.
Что означает обозначение 10. 9 на болте?
Вот отформатированный текст:
Если обозначение подчёркнуто (вот так: 10.9 или 109), это означает, что болт изготовлен из низкоуглеродистой мартенситной стали.
Советы
СОВЕТ №1
При выборе крепежа обращайте внимание на маркировку прочности. Она указывает на максимальную нагрузку, которую может выдержать крепежный элемент. Например, для болтов и винтов маркировка может быть в виде чисел и букв, таких как 8.8 или 10.9, где первое число обозначает предел прочности, а второе — предел текучести.
СОВЕТ №2
Не забывайте учитывать материал, из которого изготовлен крепеж. Разные материалы обладают различными свойствами прочности и коррозионной стойкости. Например, нержавеющая сталь подходит для влажных условий, в то время как углеродная сталь может быть более прочной, но менее устойчива к коррозии.
СОВЕТ №3
При использовании крепежа в ответственных конструкциях, таких как мосты или здания, обязательно консультируйтесь с инженером. Неправильный выбор класса прочности может привести к серьезным последствиям, поэтому важно учитывать все факторы, включая нагрузку и условия эксплуатации.
СОВЕТ №4
Регулярно проверяйте состояние крепежа в уже собранных конструкциях. Со временем болты и гайки могут ослабевать или корродировать, что может привести к снижению прочности соединения. Периодическая проверка и замена изношенных элементов помогут избежать аварийных ситуаций.
