Что такое класс прочности болтов: расшифровка, обозначения и таблицы — гайд от Auto Krepez

При выборе крепежа, в частности болтов, очень важно учитывать несколько характеристик — длину, тип соединения, размер, материал, из которого произведён болт, и класс прочности. Именно последний показатель является критически важным, если вам нужно обеспечить долговечное, надёжное и устойчивое к нагрузкам соединение.

Класс прочности - это характеристика, применяемая для болтов, винтов, гаек и шпилек, исходя из типа стали, из которой они изготовлены, а также - в зависимости от метода изготовления. Из одной и той же марки легированной или углеродистой стали крепёж может быть разного класса прочности. 

В нашей статье блога Auto Krepez мы поговорим подробнее о том, что такое прочность болта, как она измеряется, какой бывает, и каким маркировкам соответствует в разных стандартах.

Прочность болта — что это такое?

Болтовые соединения используются повсеместно, но прежде всего — в изготовлении различных металлоконструкций, несущих конструкций зданий и сооружений, в производстве техники и оборудования. Все эти конструкции предполагают высокие нагрузки: узловые элементы в автомобилях и станках постоянно испытывают вибрации и давление, несущие металлоконструкции обязаны быть устойчивы к ветровой нагрузке, давлению и общему весу сооружения.

При этом болты в таких конструкциях принимают на себя немалую долю нагрузки. Нередки случаи, когда неправильно подобранный метиз, использованный для крепежа, не справляется с задачей — в этом случае болт может срезать, его просто-напросто вырвет из резьбы, и сам крепёжный узел просто разрушится. К чему это может привести? 

• Снижается срок эксплуатации конструкции

• Быстрее происходит износ деталей

• При срезании болта конструкция может оказаться разрушенной

• Повышаются риски безопасности при использовании конструкции

В бытовых целях мы редко уделяем внимание прочности крепежа - поскольку класс прочности в них не несёт критического значения. Но класс прочности болта — это та характеристика, которой стоит уделить наибольшее внимание при выборе крепежей для ответственного строительства, машиностроения, сооружения мостов и инженерных конструкций. Этим термином обозначают механическую и физическую характеристику болтов из углеродистой и легированной сталей. Характеристика эта определяет:

• Тип металла, из которого изготовлен болт;

• Крепость изделия и устойчивость крепежа на разрыв;

• Крепость и устойчивость крепежа на растяжение и деформацию;

• Устойчивость к нагрузкам, как статическим, так и динамическим, включая весовую и вибрационную нагрузку.

Всего классов прочности болтов выделяют 11 — от 3.6 до 12.9. Иногда к ним добавляют и 12 класс - 14.9, особо высокопрочные крепежи, способные выдерживать давление до 1400 мПа. Чем выше первая цифра в такой маркировке, тем прочнее крепёж, чем выше вторая — тем устойчивее болт на растяжение и деформацию.

При этом из одной и той же марки стали можно изготовить болты с разным классом прочности — всё зависит от метода изготовления и обработки. Например, при изготовлении крепежа из углеродистой стали СТ35 при разных технологиях можно добиться класса прочности:

• 5.6 — при изготовлении путём вытачивания на токарном станке;

• 6.6-6.8 — при изготовлении методом объёмной штамповки;

• до 8.8 — при дополнительной закалке болтов методом погружения разогретых изделий в воду или масло.

Какие типы стали и технологии применяют для изготовления болтов?

Материалы для изготовления болтов в Украине определяются стандартом ДСТУ ISO 898-1:2003. Этот же стандарт применяется и при изготовлении шпилек и гаек.

Прежде всего, основной материал для болтов - это углеродистая сталь. Она представляет собой сплав железа и углерода в разных пропорциях:

• Низкоуглеродистая сталь имеет в составе до 0,25% углерода

• Среднеуглеродистая сталь - в которой процент углерода составляет от 0,25 до 0,55%

• Высокоуглеродистая сталь содержит более 0,55% углерода

При этом низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали маркируются как Ст, Ст2 (0,2% углерода) и Ст3 (0,3% углерода). Высокоуглеродистые стали маркируются как Ст20, Ст30, Ст35 и далее в зависимости от процентного соотношения углерода. 

Помимо количества углерода в составе при маркировке стали для изготовления болтов учитывается такой её показатель, как степень раскисления:

• Кп - кипящая сталь (например, Ст35кп - это сталь с 0,35% углерода и пористой структурой за счёт кипения)

• Пс - полуспокойная сталь, имеет менее пористую структуру, чем кипящая

• Сп - спокойная сталь, не маркируется отдельно

Из кипящей стали производят болты методом сильной вытяжки и штамповки. Нередко это прибавляет к классу прочности болтов, но при этом штампованный крепёж из кипящей стали нельзя использовать в сварочных работах.

Второй тип сталей, использующихся для производства болтов - это стали легированные, то есть, углеродистые стали, обогащённые дополнительными химическими элементами (так называемые легирующие добавки). Этот тип сталей для болтов также подразделяется на подгруппы:

• Низколегированные стали -  содержат до 2-4% легирующих добавок

• Среднелегированные стали - содержат до 4-11% легирующих добавок

• Высоколегированные стали - содержат более 11% легирующих добавок

Основные химические элементы, которыми легируют стали - это:

• Хром (Cr) - при маркировке сталей обозначается Х

• Кремний (Si) - при маркировке сталей обозначается С

• Марганец (Mn) - при маркировке сталей обозначается Г

• Никель (Ni) - при маркировке сталей обозначается Н

• Бор (B) - при маркировке сталей обозначается Р

• Алюминий (Al) - при маркировке сталей обозначается Ю

• Титан (Ti) - при маркировке сталей обозначается Т

• Вольфрам (W) - при маркировке сталей обозначается В

• Ванадий (V) - при маркировке сталей обозначается Ф

Соответственно, к примеру, сталь, легированная хромом, будет иметь обозначение Ст.35 40Х - это значит, что сталь углеродистая, с содержанием углерода 0,35%, с содержанием хрома 0,40%. Дополнительно на высокое качество стали в конце маркировки может указывать буква А.

Таким образом, класс прочности болтов — это характеристика, на которую влияют как марка стали, из которой их изготовили, так и метод изготовления. В дальнейшем в этой статье вы встретитесь с маркировками сталей, и этот раздел поможет вам сориентироваться в их составе и типе. 

Соответствие прочности болтов основным маркам стали

Для понимания, какую сталь используют в изготовлении болтов разного класса прочности предлагаем вам простую таблицу соответствия класса прочности болта видам стали.

Как измеряется прочность болтов, и зачем нужно её учитывать

Но что означает класс прочности болтов? Как мы уже упоминали, для метрических болтов используется маркировка по ДСТУ ISO 898-1-2014, в которую входит 2 цифры.

• Первый показатель — это значение критического предела на разрыв, уменьшенное в 100 раз.

• Второй показатель — это предел текучести, после которого начинается процесс деформации болта.

Также существуют болты с увеличенным классом прочности и маркировкой Х.ХS (например, 10.9S) – для них стоит учитывать, что минимальный момент затяжки будет увеличен.

Но что по факту обозначают цифры в классе прочности болтов? Если мы возьмём крепёж с обозначением 8.8, для этого класса прочности болтов расшифровка будет следующей:

• Первая 8 — это номинальный предел прочности болта в мПа, поделенный на 100. То есть, болт выдерживает давление до 800 мПа.

• Вторая 8 — это предел текучести, который неразрывно связан с первым показателем и составляет 0,1 от первой. Соответственно, для этого класса прочности предел текучести составит при пределе прочности в 800 мПа:

8х0,1=0,8

800х0,8=640 мПа

Итого, при давлении в 800 мПа (максимальная прочность болта на срез) болт срежет, а начиная с давления в 640 мПа, он начнёт деформироваться. Понимание этих показателей помогает определить заранее, какой прочности крепёж вам нужен, ведь при использовании неподходящих по классу прочности болтов вы ставите под угрозу:

• целостность конструкции, если выбраны болты заведомо меньшего класса прочности, чем того требует нагрузка.

• ваш бюджет: если для узлов, на которые не предполагается высокой нагрузки, поставить высокопрочные болты, стоимость монтажа, разумеется, будет выше.

Основные стандарты класса прочности: DIN, ГОСТ, USS/SAE

Сегодня в Украине применяются 11: 3.6/4.6/4.8/5.6/5.8/6.6/6.8/8.8/9.8/10.9/12.9. Болты класса прочности от 8.8 до 12.9 считаются высокопрочными. При этом разным классам прочности соответствует разная маркировка по стандартам DIN, ГОСТ (для метрических) и USS/SAE (для дюймовых болтов).

Классы прочности болтов по ГОСТ и DIN в целом совпадают. Ниже мы предлагаем вам сопоставление стандартов DIN и ГОСТ с прочностью болтов на срез в таблице.

Стандарт USS/SAE: в чём его специфика?

Стандарты DIN и ГОСТ используют метрическую систему измерения. Если же вы используете болты английского или американского стандарта, обратите внимание, что для них используется другая система измерения класса прочности.

Вместо двух значений такие болты маркируются классами (grade) от 2 до 8, где 2 — низший класс, а 8 — самый высокопрочный крепёж. Для определения класса прочности по этим стандартам используется подсчёт минимального предела прочности болта в Ньютонах на квадратный дюйм. А также минимальный момент затяжки крепежа в фунтах на фут.

Так, в дюймовой системе обозначения класса прочности болтов, используются следующие обозначения:

• Grade 0: Это крепежные болты общего назначения с минимальными требованиями к прочности на разрыв и на растяжение. Для них не предусмотрено специальной маркировки.

• Grade 2: Распространённый класс болтов, которые чаще всего используются в строительстве и мебельной промышленности. Такие болты не подвергаются термообработке, а потому в Grade2 нет спецификации по маркам стали. К болтам Grade2 применяются низкие требования к прочности.

• Grade 5: это болты, которые предполагается подвергать термической обработке. Чаще всего для их изготовления применяют среднеуглеродистые сталей марок AISI 1038, 1040 или 1045. 

• Grade 8: - это класс высокопрочного крепежа, который дополнительно прошёл термообработку (закалку). Для изготовления болтов этого класса используются высокоуглеродистые сплавы или сплавы на основе бора, например, AISI 4140, 4340, 5140, 8640. 

Точного соответствия между метрической и дюймовой классификациями болта по классу прочности нет, но условно принимается такое соответствие, как Grade 2 – соответствует классу прочности 3.6/4.6, Grade5 – классу прочности 8.8, а Grade8 – классам прочности 10.9/12.9. Но всё зависит от конкретного производителя и его спецификаций.

Какие классы прочности для чего нужны?

Понимая, что такое класс прочности болта, можно определить и сферу его применения.

Крепежи классов прочности 3.6/4.8/5.8 — используются в различных отраслях хозяйства для обеспечения малонагруженных соединений. Такие болты можно использовать в мебельном производстве, изготовлении лёгких и временных конструкций, крепления навесного оборудования в сельском хозяйстве.

Болты класса прочности 8.8 — уже относятся к высокопрочным соединениям. К примеру, по сравнению с болтами 4.8 они выдерживают нагрузку на разрыв вдвое выше. Сред таких болтов есть типоразмеры для машиностроения, станкостроения, производства сельскохозяйственной техники и металлоконструкций.

Класс прочности 10.9/12.9 — фактически самый высокий. Их используют в машиностроении, станкостроении, строительстве для крепежа тяжёлых и средних деталей. В частности, такие болты используются в сборке двигателей внутреннего сгорания, грузоподъёмных механизмах, ответственном машиностроении, в механизмах, требующих регулярной частичной сборки и разборки. Кроме того, высокопрочные болты этих классов используются, как альтернатива крепежам большего размера но меньшего класса прочности — для снижения металлоёмкости, монтажа в труднодоступных местах, где размер узла играет ключевую роль, для снижения стоимости монтажа за счёт использования меньшего количества болтов при их большей прочности.

Как определить класс прочности болта?

Зачастую, производитель наносит маркировку класса прочности на шляпку болта. Она может идти как в стандартизированном виде: 2 цифры через точку или запятую. Соответственно, класс прочности 10.9 так и будет нанесён на шляпку метиза. Иногда производители не используют разделительный знак между двумя показателями. Это вполне допустимо требованиями ГОСТ. В этом случае обозначение на шляпке может выглядеть, как 109 — но фактически это всё тот же класс прочности 10.9.

В дюймовых болтах класс болта (Grade) также нанесён на шляпку, но есть своя специфика: производители дюймовых болтов вместо числового значения наносят на шляпку радиальные линии. И их на 2 меньше, чем фактический класс прочности болта. То есть, если вы видите перед собой дюймовый болт с 6 линиями на шляпке, его класс прочности соответствует Grade8, а не Grade6 – для этого класса линий будет 4.

Некоторые виды болтов могут не иметь маркировки на шляпке. Причин её отсутствия может быть несколько:

• Болты не предназначены для использования в ответственных соединениях, поэтому класс прочности и не указан

• По некоторым стандартам указывать класс прочности не требуется - в этом случае он обычно указан на упаковочной коробке метизов

• Болты малого диаметра могут не иметь маркировку на каждом изделии из-за ограничений по размеру

В любом случае, если вы подбираете метизы для крепежей ответственных соединений, обязательно выбирайте те болты, для которых точно указан класс их прочности. 

Соответствие классов прочности болтов, гаек и шайб

Для гаек и шпилек по ГОСТ используется тот же подход к подсчёту класса прочности. Но при этом, если вам нужно закупить крепёж, помните:

• Класс прочности болта и гайки должен соответствовать друг другу.

• При этом допускается, чтобы класс прочности гайки был выше, чем класс прочности болта, но не наоборот.

• Для шайб классы прочности не применяются.

Ассортимент болтов под разные стандарты и классы прочности в каталоге Auto Krepez

Какой бы класс прочности ни был нужен вам для болтовых соединений в вашей конструкции, вы можете быть уверены, что Auto Krepez поможет вам подобрать качественные и надёжные болты лучших украинских и европейских производителей. У нас представлены все основные классы прочности болтов, которые нужны для строительных, ремонтных, авторемонтных, производственных целей. Мы будем рады, если наша статья поможет вам подобрать оптимальный крепёж, а если у вас всё ещё остались вопросы по поводу того, какие болты вам нужны, и какой класс прочности лучше выбрать под ваши задачи, консультанты Auto Krepez будут рады дать вам на них компетентные ответы.

Выбирайте только качественные болты, гайки и шпильки по классу прочности и типоразмерам, и используйте их с максимальной эффективностью вместе с магазином крепежей Auto Krepez.