Классы прочности болтов, винтов, шпилек, гаек — маркировка крепежа
Классы прочности болтов, винтов, шпилек, гаек — это важнейший параметр при выборе крепежа, обусловленный технологией производства и видом применяемой стали.
Разным сталям соответствуют разные классы прочности. Однако из одной и той же стали можно изготовить крепеж различных классов прочности, используя при этом разные способы обработки заготовки (точение на токарном и фрезерном станке, объемную штамповку на высадочном прессе) или дополнительную термическую обработку (закалку).
Классы прочности болтов, винтов и шпилек
Для обозначения классов прочности болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей используется маркировка из двух цифр через точку. Выделяют 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.
Первая цифра в маркировке болта обозначает 0,01 часть номинального временного сопротивления (предел прочности на растяжение, который измеряется в МПа (мега паскалях) или Н/мм² (ньютонах на миллиметр квадратный)). Также эта цифра обозначает ≈ 0,1 часть номинального временного сопротивления при измерении предела прочности на растяжение в кгс/мм² (килограмм-сила на миллиметр квадратный).
Вторая цифра обозначает 0,1 часть отношения предела текучести (напряжения, при котором уже начинается пластическая деформация) к номинальному временному сопротивлению (пределу прочности на растяжение) — таким образом для шпильки класса прочности 10.9 второе число означает, что у шпильки, относящейся к этому классу, минимальный предел текучести будет равен 90% от значения предела прочности на растяжение, то есть будет равен: (10/0,01)×(9×0,1)=1000×0,9=900 МПа (или Н/мм²; или ≈90 кгс/мм²). Предел текучести — это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, винта или шпильки, при превышении которой происходит невосстанавливаемая деформация. При расчетах нагрузки на болты, винты или шпильки используют двукратный или трехкратный запас прочности.
Система обозначений классов прочности болтов, винтов и шпилек:
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)
Мы уже отмечали, что класс прочности крепежа зависит от марки используемой стали. Покажем эту зависимость в следующей таблице:
| 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.35Х; Ст.38ХА; Ст.40Х; Ст.45; Ст.20Г2Р | 800-830 | 640-660 | 238-318 |
| 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 | 1080-1100 | 366-414 |
Существуют также специальные высокопрочные болты узкоотраслевого применения, имеющие свою маркировку прочности. По ГОСТ 22353-77 и ГОСТ Р 52644-2006 прочность таких болтов обозначается значением временного сопротивления на разрыв (границы прочности) в кгс/см²:
| Резьба болтов | Класс прочности | Марка стали | Граница прочности, МПа (кгс/см²) | Относительное удлинение, % | Удельная вязкость болтов исполнения ХЛ, МДж/м² (кгс·м/см²) | Максимальная твердость по Бринеллю, HB |
| М16-М27 | 110 | Ст.40Х Селект (используются также стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА) | 1100 (110) — 1350 (135) | минимум 8 | минимум 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) | ||||
| Болты могут производиться в двух исполнениях: | ||||||
| Исполнение У — для климатических областей с максимально низкой температурой до -40 °С — буква У не обозначается в маркировке. | ||||||
| Исполнение ХЛ — для климатических областей с максимально низкой температурой от -40 °С до -65 °С — обозначается в маркировке на головке болта после класса прочности. | ||||||
Маркировка класса прочности болтов, винтов
По системе ISO (International Standard Organization — Международная Организация Стандартов) маркировке подлежат болты и винты с диаметром резьбы свыше 6 мм. Болты и винты диаметром менее 6 мм маркировать необязательно.
Стоит выделить, что маркируются только винты, имеющие шлиц под шестигранный ключ, с различной формой головки (цилиндрической, полукруглой, потайной). На винты со всеми типами головки, имеющие крестовой или прямой шлиц, не наносится класс прочности. Также не маркируются болты и винты изготовленные методом резания, точения (класс прочности может наноситься по дополнительному требованию заказчика).
Маркировка болтов или винтов наносится на торцевой или боковой поверхности. При нанесении боковую поверхность головки, знаки должны быть углубленными. Допускается маркировка выпуклыми знаками, но при этом увеличение высоты головки болта или винта не должно превышать:
- 0,1 мм — для изделий с диаметром резьбы до 8 мм.
- 0,2 мм — для изделий с диаметром резьбы от 8 мм до 12 мм.
- 0,3 мм — для изделий с диаметром резьбы свыше 12 мм.
Болты и винты с шестигранной и звездообразной головкой (в том числе изделия с фланцем) маркируют товарным знаком изготовителя и обозначением класса прочности на верхней части головки выпуклыми или углубленными знаками (на боковой части — углубленными знаками). На болтах и винтах с фланцем, если в процессе производства невозможно нанести маркировку на верхней части головки, маркировка наносится на фланце.
Если класс прочности (3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9) невозможно нанести из-за формы головки или ее малых размеров, применяются символы маркировки по системе циферблата. Эти символы приведены в следующей таблице:
Маркировка класса прочности шпилек
Шпильки маркируют цифрами класса прочности только с диаметром резьбы свыше 12 мм.
Из-за маленького диаметра (М8, М9, М10, М11) шпильки затруднительно маркировать с помощью цифровых клейм. Такие изделия допускается маркировать используя альтернативные знаки на торце гаечного конца шпильки:
Также шпильки маркируют клеймением с углубленными знаками и нанесением обозначения класса прочности с товарным знаком производителя на безрезьбовом участке шпильки:
Классы прочности гаек и их маркировка
Класс прочности гаек из углеродистых сталей нормальной высоты (0,8 диаметра), гаек высоких (1,2 диаметра) и особо высоких (1,5 диаметра) обозначается одним числом. Выделяют семь классов прочности: 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12.
Знаки маркировки наносятся на одну из торцевых поверхностей. Гайки наименьшего класса прочности (4) не маркируют. В некоторых случаях допускается наносить маркировку на боковых поверхностях (гранях) гайки (знаки должны быть углубленными).
Число класса прочности обозначает 1/100 часть предела прочности болта в паре с которым должна компоноваться гайка в резьбовом соединении. Такое сочетание болта и гайки называется рекомендуемым и позволяет равномерно распределить нагрузку в резьбовом соединении.
Рассмотрим пример. 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) Следовательно, можно использовать болты классов прочности 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 (оптимальный вариант — болт класса прочности 8.8).
Допускается маркировка гаек по системе циферблата. Такой способ используется в основном на гайках малых размеров, когда для цифровых знаков нет места. При этом способе маркировка наносится:
- Углубленными знаками на торцевой поверхности (точка на 12 часов и риски по окружности боковой поверхности).
- Выпуклыми или углубленными знаками на фасках (точка на 12 часов и риски по окружности наклонной поверхности фасок).
Соответствие маркировки с классом прочности гайки приведено на следующем рисунке:
Точка на 12 часов может быть заменена товарным знаком производителя. В гайках класса прочности 12 точка обязательно должна быть заменена на товарный знак производителя, чтобы избежать визуального слияния с риской на 12 часов.
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.40Х, Ст.20Г2Р | 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 |
Правильный подбор гаек к болтам позволяет сохранить целостность резьбы гайки, навинченной на болт. При подборе классов прочности болтов и гаек, сопрягаемых в резьбовом соединении, можно пользоваться следующей таблицей согласно ГОСТ 1759.4-87:
| Класс прочности гайки | Сопрягаемые болты | |
| Класс прочности | Диаметр резьбы | |
| 4 | 3.6, 4.6, 4.8 | до М16 |
| 5 | 3.6, 4.6, 4.8 | свыше М16 |
| 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 | от М16 до М48 |
| 9.8 | до М16 | |
| 10 | 10.9 | до М48 |
| 12 | 12.9 | до М48 |
Как правило, гайки высших классов прочности могут заменить гайки низших классов прочности. Такая замена рекомендуется для соединений, напряжение в которых будет выше предела текучести, или напряжения от пробной нагрузки болта.
Низкие шестигранные гайки предназначены, в основном, для препятствия отвинчиванию 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 из двух цифр:
- Первая — 0 (обозначает, что гайка не предназначена для несения силовой нагрузки).
- Вторая 4 или 5 (обозначает 1/100 часть нагрузки, при которой срывается резьба гайки).
Прочностной ряд для низких гаек состоит из двух классов прочности (04 и 05):
| Класс прочности | Марка стали | Граница прочности, МПа | Твердость по Бринеллю, HB |
| 04 | Ст.3, Ст.3кп, Ст.5, Ст.5кп | 380 | 162-288 |
| 05 | Ст.10, Ст.10кп | 500 | 260-335 |
Также существует группа особо низких гаек с высотой менее 0,5 от диаметра. В эту группу включены гайки для легких соединений, которые не подвергаются существенным нагрузкам. Для таких гаек не определяется класс прочности (может быть указана 1/10 часть от минимальной твёрдости по Виккерсу, HV).
Совместно с высокопрочными болтами узкоотраслевого применения, имеющими свою градацию прочности, применяются соответствующие высокопрочные гайки. Прочность таких гаек согласно стандартов ГОСТ 22354-77 и ГОСТ Р 52645-2006 обозначается таким же значением, как у сопрягаемого болта — значением временного сопротивления на разрыв (границы прочности) в кгс/см²: 110, 95, 75:
| Резьба сопрягаемых болтов | Марка стали болта | Класс прочности гайки | Граница прочности, МПа (кгс/см²) | Марка стали гайки | Твердость по Бринеллю, HB |
| М16-М27 | Ст.40Х Селект | 110 | 1100 (110) | Ст.35, Ст.40, Ст.45, Ст.35Х, Ст.40Х; для более высокой прочности гаек используются также стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА | 241-341 |
| М30 | 95 | 950 (95) | 229-341 | ||
| М36 | 75 | 750 (75) | |||
| М42 | 65 | 650 (65) | |||
| М48 | 60 | 600 (60) |
Такие гайки, как и болты могут производиться в двух исполнениях:
- Исполнение У — для климатических областей с максимально низкой температурой до -400 °С — буква У не обозначается в маркировке.
- Исполнение ХЛ — для климатических областей с максимально низкой температурой от -400 °С до -650 °С — обозначается в маркировке на головке болта после класса прочности.