Выбирая крепеж, вам на на глаза могут попасться комбинации чисел: 4,6, 8,8, 10,9 и т.д. При этом внешних различий будто бы нет, тот же размер и наименование, отличаются только числа, отштампованные на болтах или гайках или нанесенные на упаковку. Понимание этих обозначений очень важно для их правильного использования. Так что же означают эти цифры?
Каждый крепеж рассчитан на определенную динамическую, весовую или вибрационную нагрузку. Одной из самых главных характеристик крепежных элементов является класс прочности, который определяет способность держать нагрузку на разрыв и предел текучести материала. Для малонагруженных соединений и в бытовых задачах класс прочности не имеет особого значения. Но в ответственных конструкциях, мостах, кранах и промышленной технике важно, чтобы крепеж соответствовал необходимым требованиям прочности. Именно класс прочности и обозначают данные цифры.
Расшифровка обозначения
Класс прочности на болтах, шпильках, и гайках согласно ГОСТ 1759.4-87 обозначается двумя числами, разделенными точкой. Например, 5.6, 8.8, 10.9, 12.9 и т.д. Соответственно, чем выше значение, тем прочнее крепеж и тем большую нагрузку он способен выдержать.
- Первая цифра указывает на номинальный предел прочности материала крепежа, выраженный в Н/мм2 и деленный на 100. Иными словами, это предел нагрузки, превысив который изделие разрушится. Это касается всех видом воздействия, растяжения, сгибания и скручивания.
- Вторая цифра после точки обозначает предел текучести — то есть нагрузку, при которой материал необратимо деформируется (сожмется или растянется). Под нагрузкой материал растягивается за счет увеличения расстояния между атомов. Если нагрузка будет слишком большой, то атомные связи металла начнут разрушаться, и он уже не вернется к первоначальной форме.
Как рассчитать прочность на растяжение?
Мы помним, что предел прочности – это первая цифра класса прочности. Умножьте это на 100. Результатом будет число Ньютонов на квадратный миллиметр, то есть Н/мм².
Пример расчета:
Класс прочности 4.6
4 x 100 = 400 Н/ мм²
Как рассчитать предел текучести?
Так же легко рассчитать предел текучести, то есть цифру после точки. Здесь мы просто перемножаем оба числа вместе, получая номер класса прочности и умножаем это значение на 10. Единица измерения снова та же, а именно Ньютон на квадратный миллиметр.
Пример расчета:
Класс прочности 5.8
5 х 8 х 10 = 400 Н/мм²
Влияние материала на класс прочности
Класс прочности крепежных изделий напрямую зависит от материала их изготовления и способа обработки металла. Возьмем для примера сталь марки Ст45 для изготовления болтов. Эта марка стали содержит хром и углерод, что делает её более прочной и устойчивой к износу по сравнению с низкоуглеродистыми сталями. Из стали 45 без дополнительной обработки можно изготовить крепеж с классом прочности около 6.6 и 8.8. Однако если подвергнуть эту сталь термической закалке и последующему отпуску, мы можем значительно улучшить её прочностные характеристики. В результате такой обработки получится крепеж с классом прочности 9.8 или даже 10.9. Таким образом, один и тот же исходный материал в сочетании с термообработкой будет иметь разные прочностные характеристики.
Болты производятся в трех вариантах прочности:
- Низкая прочность (маркировка до 6,6) — используются углеродистые стали сортов Ст10 и Ст20. Эти болты предназначены для соединений, не подвергающихся значительным нагрузкам.
- Средняя прочность (от 6,6 до 8,8) — для изготовления прочных болтов применяется сталь Ст35 с содержанием углерода до 1,4% и добавками (марганец, хром или бор). Они используются в ответственных конструкциях.
- Высокая прочность (от 8,8 и выше) — в этом случае применяются легированные и среднеуглеродистые закаленные стали, такие как 40Х, 35Х, 40ХНМА, 20Г2Р, 35ХГСА, 38ХА. Эти болты подходят для сборно-разборных конструкций.
Ниже приведена таблица соответствия классам прочности характеристик: сопротивления, предела текучести а также материалами и их характеристиками:
| Класс прочности | Номинальное сопротивление (Н/мм²) | Предел текучести (МПа) | Твердость по Виккерсу, HV | Марка стали | Характеристики |
|---|---|---|---|---|---|
| 3.6 | 300-330 | 180 – 190 | 95 – 250 | Ст3кп, Ст3сп, Ст5кп, Ст5сп | Нелегированная сталь, без дополнительной закалки |
| 4.6 | 400 | 240 | 120 – 250 | Ст5кп, Ст.10 | Углеродистая сталь (углерод менее 0,55%) |
| 4.8 | 400-420 | 320-340 | 130 – 250 | Ст.10, Ст.10кп | Углеродистая сталь (углерод менее 0,55%) |
| 5.6 | 500 | 300 | 155 – 250 | Ст.35 | Сталь без отпуска (углерод более 0,15%) |
| 5.8 | 500-520 | 400-420 | 160 – 250 | Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп | Сталь без отпуска (углерод более 0,15%) |
| 6.6 | 600 | 360-480 | 190 – 250 | Ст.35, Ст.45 | Углеродистая сталь без дополнительных добавок |
| 6.8 | 600-620 | 640 | 190 – 250 | Ст.20, Ст.20кп, Ст.35 | Углеродистая сталь без дополнительных добавок |
| 8.8 | 800-830 | 640-660 | 250 – 335 | Ст.35, Ст.45, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.20Г2Р | Сталь с дополнительными компонентами (хром, марганец, бор), которая после закалки отпускается при температуре более 400 градусов |
| 9.8 | 900 | 720 | 290 – 360 | Ст.35, Ст.35Х, Ст.45, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.20Г2Р | Практически не отличаются от класса 8,8, имеет повышенный показатель прочности |
| 10.9 | 1000 | 900-940 | 320 – 380 | Ст.35Х, Ст.38ХА, С.45, Ст.45Г, Ст.40Г2, Ст.40Х, Ст.40Х Селект, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА | Сталь с добавками, которая отпускается в температурном диапазоне от 340 до 425 градусов |
| 12.9 | 1200 | 1080-1100 | 385 – 435 | Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40ХНМА | Легированная сталь с минимальным содержанием фосфора и серы |
| 14.9 | 1400 | 1260 | 390 и выше | 40ХН2МА | Конструкционная высоколегированная сталь, содержание углерода не превышает 0,44% |
Класс прочности гаек
В отличие от болтов и шпилек, у гаек класс прочности указывается только одной цифрой. Всего у гаек 7 классов прочности: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, которые указывают на класс прочности болтов, в паре с которым должна компоноваться гайка. К примеру, для болта классом 5.6 подходит гайка 5 класса. Если нет возможности подобрать гайку с тем же классом — лучше использовать гайку классом прочности ниже, чем у болта, а не наоборот. Выбор более прочной гайки оправдан, если нагрузка превысит предел текучести материала.
Таблица классов прочности гаек, диаметре резьбы и соответствующих сопрягаемых болтах.
| Класс прочности гайки | Диаметр резьбы | Сопрягаемые болты (Класс прочности) |
|---|---|---|
| 4 | более М16 | 3.6; 4.6; 4.8 |
| 5 | менее или равное М16 | 3.6; 4.6; 4.8 |
| 5 | менее или равное М48 | 5.6; 5.8 |
| 6 | менее или равное М48 | 6.8 |
| 8 | менее или равное М48 | 8.8 |
| 9 | менее или равное М48 | 8.8 |
| 9 | более М16 и менее или равное М48 | 9.8 |
| 10 | менее или равное М48 | 10.9 |
| 12 | менее или равное М48 | 12.9 |
Как маркируются изделия
Согласно ГОСТу ISO 898-1-2014, класс прочности для российского метрического крепежа, включая болты, винты и шпильки, маркируется с помощью числовых обозначений. Маркировка применяется только к болтам с шестигранной головкой, винтам с цилиндрической головкой, оснащенной внутренним шестигранником, а также к шпилькам и гайкам.
Цифры наносят на верхнюю поверхность головки, но встречается также вариант нанесения на боковую сторону. Символы могут выступать над поверхностью материала или быть вдавленными. Использование точки в обозначении класса прочности не является обязательным. К примеру, вместо 10.8 может быть число 108. Если метиз без маркировки, значит его класс прочности ниже 6.8. Числовая маркировка наносится только на крепеж диаметром от 5 мм.
Для крепежа малого диаметра вместо чисел используют циферблатную систему маркировки: где точка – 12 часов, а одиночный или двойной штрих минутной стрелкой указывает на класс прочности.
Ниже представлено соответствие циферблатной и цифровой системы маркировки:
| Класс прочности | 3.6 | 4.6 | 4.8 | 5.6 |
| Символ маркировки |
 |
 |
 |
 |
| Класс прочности | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 9.8 |
| Символ маркировки |
 |
 |
 |
 |
| Класс прочности | 10.9 | 10.9 |
12.9 |
|
| Символ маркировки |
 |
 |
 |
|
*1 - контрольная отметка (соответствует 12 часам) маркируется товарным знаком изготовителя или точкой
*2 - класс прочности маркируется штрихом/двойным штрихом, а класс прочности 12.9 - точкой
Гайки маркируют так же как винты и болты — на торец.
Шпильки маркируются на торце одним из специальных знаков. Если резьба нанесена не на всю поверхность шпильки, то цифровой код наносится на ее гладкую часть.
| Класс прочности | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9 |
| Символ маркировки | ◯ | ✚ | ◻︎ | △ |
Маркировка класса прочности болтов по SAE J429
Помимо метрической системы крепежа, в США и некоторых других странах применяется дюймовая система, стандартизированная, в том числе, стандартом SAE J429. Этот американский стандарт определяет характеристики крепежных изделий для автомобильной промышленности и других секторов. В рамках этого стандарта выделено 10 классов прочности, но на практике наиболее часто используются следующие:
- Grade 0: Представляют собой крепежные изделия общего назначения с минимальными требованиями к прочности. Не имеют специальной маркировки.
- Grade 2: Это один из наиболее распространенных классов крепежа, используемых в строительстве и мебельной промышленности. Спецификация не требует конкретных марок стали, так как эти болты не подвергаются термообработке и имеют относительно низкие требования к прочности. Маркируются двумя радиальными линиями, идущими от края головки к центру.
- Grade 5: Крепежные изделия, подвергающиеся термической обработке. Изготавливаются из среднеуглеродистых сталей марок AISI 1038, 1040 или 1045. Маркируются тремя радиальными линиями.
- Grade 8: Высокопрочные болты, прошедшие термообработку. Для изготовления болтов этого класса используются высокоуглеродистые сплавы или сплавы на основе бора, например, AISI 4140, 4340, 5140, 8640. Маркировка имеет шесть радиальных линий, сходящихся к центру.
Таблица соответствия классов прочности дюймовых и метрических болтов:
| Метрический крепеж (ISO 898) | Предел прочности, МПа (psi) | Дюймовый крепеж (SAE J429) | Предел прочности, psi |
|---|---|---|---|
| Класс прочности 4.8 (4.6, 5.8) | 429 МПа (60,900 psi) | Класс прочности 2 | 60,000 psi |
| Класс прочности 8.8 | 830 МПа (120,350 psi) | Класс прочности 5 | 120,000 psi |
| Класс прочности 10.9 | 1040 МПа (150,800 psi) | Класс прочности 8 | 150,000 psi |
| Класс прочности 12.9 | 1220 МПа (176,900 psi) | ASTM-A574 (обычно не маркируется) | 170,000 psi |
Вопросы и ответы
Почему гайкам присвоено только одно число?
Это связано с тем, что предел текучести здесь не имеет никакого значения, и поэтому указывается только предел прочности. Другими словами, если вы выберете гайку класса 8, ее прочность на разрыв составит 800 Н/мм². В остальном гайка рассчитывается так же, как и винт.
Почему некоторые болты не промаркированы?
Маркировка может отсутствовать по ряду причин:
- Болты, которые не предназначены для использования в ответственных соединениях, могут не иметь класса прочности и маркировки.
- В некоторых стандартах и спецификациях не требуется маркировать болты определенных классов прочности. В таком случае обращайте внимание на маркировку указанную на упаковке.
- Метизы малого диаметра могут не иметь маркировки из-за ограничений по размеру.
Можно ли комбинировать болты и гайки разных классов прочности?
Если у болта есть определенный класс прочности, то следует использовать гайки с соответствующим классом прочности. Если подходящей гайки нет, лучше использовать гайку классом прочности ниже, чем у болта. Использование более прочных гаек может быть оправдано только в случае, если нагрузка превышает предел текучести материала.
