в чем измеряется прочность болтов
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.
Болт шестигранный оцинкованный с гайкой
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.
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:
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/см 2 ). Фактически этот показатель соответствует границам прочности.
Классификация болтов узкоспециализированного назначения также подразумевает их разделение по вариантам исполнения. Так, различают следующие категории болтов.
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, 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.
Стандартное расположение маркировки на болтах
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:
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
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 выполнения резьбового соединения нужны как минимум две детали, одна из которых имеет наружную, а другая – внутреннюю резьбу. Существует несколько конструкционных разновидностей резьбы.
В соединяемых деталях сверлятся сквозные отверстия, после чего вовнутрь вставляется болт, который затягивается с другой стороны гайкой.
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.
Один конец такой шпильки вворачивается в узловую деталь, а на второй специальным образом накручивается подходящая гайка.
Шпилька с ввинчиваемым концом
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:
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 болтов
При ремонте и обслуживании автомобиля, нередки случаи, когда необходимо заменить крепеж (а частности болты) на новый. Но следует помнить, что помимо размеров и шага резьбы, у болтов есть еще одна не менее важная характеристика — класс прочности.
Строительному крепежу с классом 4.6 или 5.8 не место в автомобиле!
Класс прочности по ГОСТу обозначается двумя цифрами через точку — например, 8.8
Первое число, умноженное на 100, определяет номинальное временное сопротивление в Н/мм², второе число (отделённое точкой от первого), умноженное на 10, — отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Произведение чисел, умноженное на 10, определяет номинальный предел текучести в Н/мм2.
Часто встречаются иностранные болты с иными обозначениями. На изображениях ниже приведены соответствия обозначений нашему ГОСТу.
Кратко о классе прочности гаек и шпилек:
В целом, крепеж с классом прочности ниже 8.8 не используется в автомобиле. Старайтесь соблюдать класс прочности родного крепежа при замене. Подбирайте болты ответственно!
Классы прочности Болтов, Винтов, Шпилек, Гаек. Маркировка прочности крепежа
Стали и прочность крепежа
Для различных видов крепежа (болты, винты, гайки, шпильки) используются разные стали, разные классы прочности и различная их маркировка.
Болты, винты и шпильки
Класс прочности для болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей обозначают двумя цифрами через точку. Утверждённый прочностной ряд для болтов, винтов и шпилек 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
Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел прочности на растяжение
5/0,01=500 МПа (или 500 Н/мм²; или ≈50 кгс/мм²)
Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел текучести
500х0,8=400 МПа (или 400 Н/мм²; или ≈40 кгс/мм²)
Классы прочности и марки сталей для болтов, винтов и шпилек
| 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.
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:
В производстве высокопрочных болтов по данным стандартам используются также стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА. Применение таких сталей позволяет добиться ещё более высокой прочности.
Маркировка прочности болтов, винтов, шпилек
Необходимо отметить, что среди винтов маркируются только винты, имеющие шлиц под шестигранный ключ, с различной формой головки: с цилиндрической, с полукруглой и с потайной головкой. Винты со всеми типами головки, имеющие крестовой или прямой шлиц, не маркируются обозначением класса прочности.
Знаки маркировки наносят на торцевой или боковой поверхности головки болта или винта. Если знаки наносятся на боковую поверхность головки, то они должны быть углубленными. Допускается маркировка выпуклыми знаками, при этом увеличение высоты головки болта или винта не должно превышать:
Болты и винты с шестигранной и звездообразной головкой (в том числе изделия с фланцем) маркируют товарным знаком изготовителя и обозначением класса прочности. Данная маркировка наносится на верхней части головки выпуклыми или углубленными знаками; может также наноситься на боковой части головки углубленными знаками. Для болтов и винтов с фланцем, если в процессе производства невозможно нанести маркировку на верхней части головки, маркировку наносят на фланце.
Болты с полукруглой головкой и квадратным подголовником по ГОСТ 7802-80 классов прочности 8.8 и выше маркируют знаком производителя и обозначением класса прочности.
Символы маркировки классов прочности болтов и винтов под шестигранный ключ, приведены в следующей таблице:
Если данные символы невозможно нанести из-за формы головки или ее малых размеров, применяются символы маркировки по системе циферблата. Эти символы приведены в следующей таблице:
Также, в отдельных случаях, на головке болта может маркироваться сталь из которой изготовлен болт. Показан пример болта из Стали 40Х.
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.
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.
Гайки
Класс прочности для гаек из 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:
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)
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 |
При подборе классов прочности болтов и гаек, сопрягаемых в резьбовом соединении, можно пользоваться следующей таблицей согласно ГОСТ 1759.4-87: