Що таке клас міцності болтів: розшифровка, позначення та таблиці - гайд від Auto Krepez

При виборі кріплення, зокрема болтів, дуже важливо враховувати кілька характеристик - довжину, тип з'єднання, розмір, матеріал, з якого виготовлено болт, і клас міцності. Саме останній показник є критично важливим, якщо вам потрібно забезпечити довговічне, надійне та стійке до навантажень з'єднання.

Клас міцності - це характеристика, що використовується для болтів, гвинтів, гайок і шпильок, виходячи з типу сталі, з якої вони виготовлені, а також - залежно від способу виготовлення. З однієї і тієї ж марки легованої або вуглецевої сталі кріплення може бути різного класу міцності. 

У нашій статті блогу Auto Krepez ми поговоримо докладніше про те, що таке міцність болтаЯк вона вимірюється, якою буває, і яким маркуванням відповідає в різних стандартах.

Міцність болта – що це таке?

Болтові з'єднання використовуються повсюдно, але насамперед — у виготовленні різних металоконструкцій, конструкцій, що несуть, будівель і споруд, у виробництві техніки та обладнання. Всі ці конструкції припускають високі навантаження: вузлові елементи в автомобілях і верстатах постійно відчувають вібрації і тиск, що несуть металоконструкції повинні бути стійкі до вітрового навантаження, тиску та загальної ваги споруди.

При цьому болти в таких конструкціях беруть на себе чималу частку навантаження. Нерідкі випадки, коли неправильно підібраний метиз, використаний для кріплення, не справляється із завданням - в цьому випадку болт може зрізати, його просто вирве з різьблення, і сам кріпильний вузол просто зруйнується. До чого це може спричинити? 

• Знижується термін експлуатації конструкції

• Швидше відбувається зношування деталей

• При зрізанні болта конструкція може виявитися зруйнованою

• Підвищуються ризики безпеки під час використання конструкції

У побутових цілях ми рідко приділяємо увагу міцності кріплення – оскільки клас міцності у них не несе критичного значення.клас міцності болта - Це та характеристика, якій варто приділити найбільшу увагу при виборі кріплень для відповідального будівництва, машинобудування, спорудження мостів та інженерних конструкцій. Цим терміном позначають механічну та фізичну характеристику болтів з вуглецевої та легованої сталей. Характеристика ця визначає:

• Тип металу, з якого виготовлено болт;

• Фортеця виробу та стійкість кріплення на розрив;

• Фортеця та стійкість кріплення на розтягування та деформацію;

• Стійкість до навантажень, як статичним, так і динамічним, включаючи вагове та вібраційне навантаження.

Усього класів міцності болтів виділяють 11 - від 3.6 до 12.9. Іноді до них додають і 12 клас - 14.9 особливо високоміцні кріплення, здатні витримувати тиск до 1400 мПа. Чим вище перша цифра в такому маркуванні, тим міцніше кріплення, чим вище друга — тим стійкіший болт на розтягування та деформацію.

При цьому з однієї і тієї ж марки сталі можна виготовити болти з різним класом міцності - все залежить від способу виготовлення та обробки. Наприклад, при виготовленні кріплення з вуглецевої сталі СТ35 за різних технологій можна досягти класу міцності:

• 5.6 - при виготовленні шляхом виточування на токарному верстаті;

• 6.6-6.8 - при виготовленні методом об'ємного штампування;

• до 8.8 - при додатковому загартуванні болтів методом занурення розігрітих виробів у воду або олію.

Які типи сталі та технології застосовують для виготовлення болтів?

Матеріали виготовлення болтів в Україні визначаються стандартом ДСТУ ISO 898-1:2003. Цей же стандарт застосовується і при виготовленні шпильок та гайок.

Насамперед, основний матеріал для болтів - це вуглецева сталь. Вона є сплавом заліза і вуглецю в різних пропорціях:

• Низьковуглецева сталь має у складі до 0,25% вуглецю

• Середньовуглецева сталь - у якій відсоток вуглецю становить від 0,25 до 0,55%

• Високовуглецева сталь містить більше 0,55% вуглецю

При цьому низьковуглецеві та середньовуглецеві сталі маркуються як Ст, Ст2 (0,2% вуглецю) та Ст3 (0,3% вуглецю) Високовуглецеві сталі маркуються як Ст20, Ст30, Ст35 і далі в залежності від відсоткового співвідношення вуглецю.

Крім кількості вуглецю у складі при маркуванні сталі виготовлення болтів враховується такий її показник, як ступінь розкислення:

• Кп - кипляча сталь (наприклад, Ст35кп - це сталь з 0,35% вуглецю та пористою структурою за рахунок кипіння)

• Пс - напівспокійна сталь, має менш пористу структуру, ніж кипляча

• Сп - спокійна сталь, не маркується окремо

З киплячої сталі виробляють болти методом сильної витяжки та штампування. Нерідко це додає до класу міцності болтів, але при цьому штамповане кріплення з окропу не можна використовувати в зварювальних роботах.

Другий тип сталей, що використовуються для виробництва болтів, - це сталі леговані, тобто вуглецеві сталі, збагачені додатковими хімічними елементами (так звані легуючі добавки). Цей тип сталей для болтів також поділяється на підгрупи:

• Низьколеговані сталі містять до 2-4% легуючих добавок.

• Середньолеговані сталі містять до 4-11% легуючих добавок.

• Високолеговані сталі містять більше 11% легуючих добавок.

Основні хімічні елементи, якими легують стали – це:

• Хром (Cr) - при маркуванні сталей позначається Х

• Кремній (Si) - при маркуванні сталей позначається С

• Марганець (Mn) - при маркуванні сталей позначається Г

• Нікель (Ni) - при маркуванні сталей позначається Н

• Бор (B) - при маркуванні сталей позначається Р

• Алюміній (Al) - при маркуванні сталей позначається Ю

• Титан (Ti) - при маркуванні сталей позначається Т

• Вольфрам (W) - при маркуванні сталей позначається В

• Ванадій (V) - при маркуванні сталей позначається Ф

Відповідно, наприклад, сталь, легована хромом, матиме позначення Ст.35 40Х - це означає, що вуглецева сталь, з вмістом вуглецю 0,35%, з вмістом хрому 0,40%. Додатково високу якість сталі наприкінці маркування може вказувати буква А.

Таким чином, клас міцності болтів - Це характеристика, на яку впливають як марка сталі, з якої їх виготовили, так і метод виготовлення. Надалі в цій статті ви зустрінетеся з маркуванням сталей, і цей розділ допоможе вам зорієнтуватися в їхньому складі та типі. 

Відповідність міцності болтів основним маркам стали

Для розуміння, яку сталь використовують у виготовленні болтів різного класу міцності, пропонуємо вам просту таблицю відповідності.класу міцності болта видам сталі.

Як вимірюється міцність болтів, і навіщо її враховувати

Але що означає клас міцності болтів? Як ми вже згадували, для метричних болтів використовується маркування ДСТУ ISO 898-1-2014, до якого входять 2 цифри.

• Перший показник – це значення критичної межі на розрив, зменшене у 100 разів.

• Другий показник - це межа плинності, після якої починається процес деформації болта.

Також є болти зі збільшеним класом міцності та маркуванням Х.ХS (наприклад, 10.9S) – для них варто враховувати, що мінімальний момент затяжки буде збільшений.

Але що за фактом позначають цифри у класі міцності болтів? Якщо ми візьмемо кріплення з позначенням 8.8, для цього класу міцності болтів розшифровка буде наступною:

• Перша 8 - це номінальна межа міцності болта в мПа, поділена на 100 м. Тобто, болт витримує тиск до 800 мПа.

• Друга 8 - це межа плинності, яка нерозривно пов'язана з першим показником і становить 0,1 від першої. Відповідно, для цього класу міцності межа плинності складе при межі міцності 800 мПа:

8х0,1=0,8

800x0,8=640 мПа

Разом, при тиску 800 мПа (максимальна міцність болта на зріз) Болт зріже, а починаючи з тиску в 640 мПа, він почне деформуватися. Розуміння цих показників допомагає визначити заздалегідь, якій міцності кріплення вам потрібне, адже при використанні болтів, що не підходять за класом міцності, ви ставите під загрозу:

• цілісність конструкції, якщо вибрані болти явно меншого класу міцності, ніж потребує навантаження.

• ваш бюджет: якщо для вузлів, на які не передбачається високого навантаження, поставити високоміцні болти, вартість монтажу, зрозуміло, буде вищою.

Основні стандарти класу міцності: DIN, ГОСТ, USS/SAE

Сьогодні в Україні застосовуються 11: 3.6/4.6/4.8/5.6/5.8/6.6/6.8/8.8/9.8/10.9/12.9. Болти класу міцності від 8.8 до 12.9 вважаються міцними. При цьому різним класам міцності відповідає різне маркування за стандартами DIN, ГОСТ (для метричних) та USS/SAE (для дюймових болтів).

Класи міцності болтів за ГОСТ і DIN загалом збігаються. Нижче ми пропонуємо вам зіставлення стандартів DIN та ГОСТ з міцністю болтів на зріз у таблиці.

Стандарт USS/SAE: у чому його специфіка?

Стандарти DIN та ГОСТ використовують метричну систему вимірювання Якщо ж ви використовуєте болти англійського або американського стандарту, зверніть увагу, що для них використовується інша система вимірювання класу міцності.

Замість двох значень такі болти маркуються класами (grade) від 2 до 8, де 2 — нижчий клас, а 8 — найміцніший кріплення. Для визначення класу міцності за цими стандартами використовується підрахунок мінімальної межі міцності болта Ньютонах на квадратний дюйм. А також мінімальний момент затягування кріплення у фунтах на фут.

Так, у дюймовій системі позначення класу міцності болтів, використовуються такі позначення:

• Grade 0: Це болти кріплення загального призначення з мінімальними вимогами до міцності на розрив і на розтяг. Для них не передбачено спеціального маркування.

• Grade 2: Поширений клас болтів, які найчастіше використовуються в будівництві та меблевій промисловості.

• Grade 5: це болти, які передбачається піддавати термічній обробці. Найчастіше для їх виготовлення застосовують середньовуглецеві сталі марок AISI 1038, 1040 або 1045. 

• Grade 8: - це клас високоміцного кріплення, який додатково пройшов термообробку (загартування). Для виготовлення болтів цього класу використовують високовуглецеві сплави або сплави на основі бору, наприклад, AISI 4140, 4340, 5140, 8640. 

Точної відповідності між метричною та дюймовою класифікаціямиболта за класом міцності ні, але умовно приймається така відповідність, як Grade 2 – відповідає класу міцності 3.6/4.6, Grade5 – класу міцності 8.8, а Grade8 – класам міцності 10.9/12.9. Але все залежить від конкретного виробника та його специфікацій.

Які класи міцності навіщо потрібні?

Розуміючи, що таке клас міцності болтаможна визначити і сферу його застосування.

Кріплення класів міцності 3.6/4.8/5.8 - використовуються в різних галузях господарства для забезпечення малонавантажених з'єднань. Такі болти можна використовувати у меблевому виробництві, виготовленні легких та тимчасових конструкцій, кріпленні навісного обладнання у сільському господарстві.

Болти класу міцності 8.8 вже відносяться до високоміцних з'єднань. Наприклад, проти болтами 4.8 вони витримують навантаження на розрив удвічі вище. Серед таких болтів є типорозміри для машинобудування, верстатобудування, виробництва сільськогосподарської техніки та металоконструкцій.

Клас міцності 10.9/12.9 – фактично найвищий. Їх використовують у машинобудуванні, станкобудуванні, будівництві для кріплення важких та середніх деталей. Зокрема, такі болти використовуються у складанні двигунів внутрішнього згоряння, вантажопідйомних механізмах, відповідальному машинобудуванні, механізмах, що вимагають регулярного часткового складання та розбирання. Крім того, високоміцні болти цих класів використовуються як альтернатива кріпленням більшого розміру але меншого класу міцності - для зниження металоємності, монтажу в важкодоступних місцях, де розмір вузла відіграє ключову роль, для зниження вартості монтажу за рахунок використання меншої кількості болтів за їх більшої міцності.

Як визначити клас міцності болта?

Найчастіше, виробник наносить маркування класу міцності на капелюшок болта. цілком допустимо вимогами ГОСТ. капелюшку може виглядати, як 109 - але фактично це той самий клас міцності 10.9.

У дюймових болтах клас болта (Grade) також нанесений на капелюшок, але є своя специфіка: виробники дюймових болтів замість числового значення наносять на капелюшок радіальні лінії. І їх на 2 менше, ніж фактичний клас міцності болта. Тобто якщо ви бачите перед собою дюймовий болт з 6 лініями на капелюшку, його клас міцності відповідає Grade8, а не Grade6 – для цього класу ліній буде 4.

Деякі види болтів можуть не мати маркування на капелюшку. Причин її відсутності може бути кілька:

• Болти не призначені для використання у відповідальних з'єднаннях, тому клас міцності і не вказано

• За деякими стандартами вказувати клас міцності не потрібно - у цьому випадку він зазвичай вказаний на пакувальній коробці металовиробів

• Болти малого діаметра можуть не мати маркування на кожному виробі через обмеження за розміром

У будь-якому випадку, якщо ви підбираєте металовироби для кріплення відповідальних з'єднань, обов'язково вибирайте ті болти, для яких точно вказано клас їх міцності. 

Відповідність класів міцності болтів, гайок та шайб

Для гайок та шпильок за ГОСТом використовується той же підхід до підрахунку класу міцності. Але при цьому, якщо вам потрібно закупити кріплення, пам'ятайте:

• Клас міцності болта та гайки повинен відповідати один одному.

• При цьому допускається, щоб клас міцності гайки був вищим, ніж клас міцності болта, але не навпаки.

• Для шайб класи міцності не використовуються.

Асортимент болтів під різні стандарти та класи міцності у каталозі Auto Krepez

Який би клас міцності не був потрібен вам для болтових з'єднань у вашій конструкції, ви можете бути впевнені, що Auto Krepez допоможе вам підібрати якісні та надійні болти найкращих українських та європейських виробників.класи міцності болтів, які необхідні для будівельних, ремонтних, авторемонтних, виробничих цілей. Ми будемо раді, якщо наша стаття допоможе вам підібрати оптимальний кріплення, а якщо у вас все ще залишилися питання щодо того, які болти вам потрібні, і який клас міцності краще вибрати під ваші завдання, консультанти Auto Krepez будуть раді дати вам на них компетентні відповіді.

Вибирайте тільки якісні болти, гайки та шпильки за класом міцності та типорозміром, та використовуйте їх з максимальною ефективністю разом із магазином кріплень Auto Krepez.