Класс прочности гайки — цифра, означающая наибольший класс прочности болта, с которыми эту гайку можно использовать. При правильном сочетании прочности гайки и болта при затяжке до пробной нагрузки резьба не срывается. Т.е. такое соединение остается прочным и надежным.
Класс прочности гайки определяет марка стали и метод ее обработки. Например, из стали марки 40Х можно изготовить гайки и болты классом прочности как 5, так и 10 — крепость стали в результате термообработки может вырасти от 580 до 1760 Н/мм2.
Низкие шестигранные гайки 04 и 05 изготавливают из низкоуглеродистых сталей, потому что они не несут силовых нагрузок, и первая цифра нуль в маркировке как раз и обозначает нулевую нагрузку. А цифры 4 и 5 — это одна сотая нагрузки, при которой сорвется резьба.
Далее разберем подробнее особенности различных сталей и сплавов в качестве материала для производства гаек.
Как материал гайки влияет на ее прочность
Несущая способность гайки определяется прочностью стали, длиной резьбы и прочностью на растяжение болта, с которым она соединяется. Чтобы определить, подходит ли марка стали для изготовления гайки, необходимо нужный нам класс прочности умножить на 100 — мы получим показатель временного сопротивления Н/мм2, который отвечает за прочность. Таким образом для гайки класса прочности 4 нужна сталь с сопротивлением не менее 400 Н/мм2 (4*100), а для гайки класса 10 — сталь от 1000 Н/мм2.
Рассмотрим, какое сопротивление у углеродистых качественных сталей по ГОСТ 1050—2013:
| Марка стали | Сопротивление Н/мм2 | Марка стали | Сопротивление Н/мм2 | Марка стали | Сопротивление Н/мм2 |
| 15 | 370 | 30Г | 540 | 50Г, 55 | 650 |
| 15Г, 20 | 410 | 40 | 570 | 60 | 680 |
| 10Г2 | 420 | 30Г2, 40Г | 590 | 40Г2 | 660 |
| 20Г, 25 | 450 | 45, 55пп, 60пп | 600 | 45Г2 | 690 |
| 25Г, 30 | 490 | 45Г, 35Г2 | 620 | 50Г2 | 740 |
| 35 | 530 | 50 | 630 | 10 | 330 |
Исходя из таблицы видно, что гайки класса 4 можно выпустить из сталей марок 10Г2, 20, 20Г, 25 и выше — вопрос в экономичности и особенностях эксплуатации: нужно учитывать температуру, влажность, воздействие капельной влаги, наличие вибрации, давления или трения и их силу и др. Выбранная для конкретных целей марка стали должна выдерживать заданные условия.
По ГОСТ Р 52628—2006 химический состав стали меняется с увеличением прочности:
| Состав, в % | Класс прочности гайки | |||
| 4, 5, 6 | 8, 9, 04 | 10, 05 | 12 | |
| Углерод, С — не более | 0,5 | 0,58 | ||
| Марганец, Mn – не меньше | - | 0,25 | 0,3 | 0,45 |
| Фосфор, P – не более | 0,06 | 0,048 | ||
| Сера, S – не более | 0,15 | 0,058 | ||
| Автоматная сталь | Сера 0,34, фосфор 0,11 и свинец 0,35 | - | - | |
| Легированные добавки | - | допустимы | ||
Как видно, чем выше прочность, тем больше марганца и меньше фосфора и серы, что снижает хрупкость стали, делает ее крепче и надежнее. Для гаек классов 10, 12 и 05 можно использовать и легирующие компоненты, чтобы улучшить механические свойства. При этом гайки классов 10, 12, 05 и 8 с резьбой больше М16 всегда должны проходить закалку и отпуск.
Прочность гайки также во многом обусловлена:
- прочностью болта, в паре с которым она используется — от этого прочность гайки не меняется, однако может меняться прочность образуемого соединения,
- поле допуска резьбы больше чем 6H/6G — в таком случае прочность не снижается, но износ гайки при прочих равных может быть выше,
- крутящим моментом — он может снижать прочность примерно на 10-15%,
- методом затяжки — при неоптимальном методе резьба может срываться,
- температурой эксплуатации — при работе в среде выше +150 °С прочность снижается, ухудшается плотность затяжки. Наиболее чувствительны к температурному расслаблению и хрупкости гайки (и болты) классов прочности 4, 5 и 6 из деформационной упрочненной стали и стали со свинцом. Метизы, прошедшие закалку, отпуск или отжиг более устойчивы к температурной релаксации.
Также влияет и метод изготовления гаек:
- горячая штамповка — для крупных гаек; в основном для стали 20, ст3кп, ст3сп, хромированной 35Х и 38ХА,
- холодная штамповка — для гаек любых размеров; из стали 10, 20, 10кп, 20кп, также при резке с закалкой и отпуском используют 16ХСН,
- литье — крупные гайки, с термообработкой, гальваникой или другим защитным покрытием.
Например, методом нагартовки (холодной штамповки) можно повысить твердость и прочность стали. Так мы видим по ГОСТ, как может отличаться прочность металлопродукции, изготовленной разными методами из одного и того же вида стали:
| Марка стали | Прочность изделия Н/мм2 | Марка стали | Прочность изделия Н/мм2 | ||
| Нагартовка | Отпуск или отжиг | Нагартовка | Отпуск или отжиг | ||
| 10 | 410 | 290 | 35 | 590 | 470 |
| 15 | 440 | 340 | 40 | 610 | 510 |
| 20 | 490 | 390 | 45 | 640 | 540 |
| 25 | 540 | 410 | 50 | 660 | 560 |
| 30 | 560 | 440 | - | ||
Как видно, методом нагартовки (холодного штампования) можно сделать из стали 30 гайку класса прочности 5, что не получится с этой же сталью при простом обжиге.
Если вы сами планируете изготовить нужные вам гайки, то стоит запрашивать состояние поставки стали у производителя — т. е. механические свойства стали при выходе от завода. В сертификате поставки указывается, прошла ли сталь ту или иную обработку или обжиг, каковы ее напряжение и предел текучести. Эти показатели могут варьироваться. Если в итоге есть сомнения, то гайки следует проверить на разрывной машине по нормативам ГОСТ.
Например, сталь 10 в состоянии поставки может существенно отличаться по механическим свойствам:
| Состояние поставки | Сопротивление, МПа |
| Калиброванная и калиброванная после: отжига или отпуска сфероидизирующего отжига нагартовки без ТО |
315-410 295-390 370 |
| Термообработанные листы категории 1 и 2 | 275-410 |
| Плющенная лента: нагартовкой отжигом |
500-800 до 450 |
| Холоднокатанная лента: мягкая, полунагартовкой и нагартовкой |
315-440 375-510 440-590 |
Как мы видим, нагартованная холоднокатанная лента прочнее, чем просто термообработанные листы или калиброванные листы с отжигом, хотя марка стали одна. Еще более ярко эта разница очевидна у стали 35:
| Состояние поставки | Сопротивление, МПа |
| Калиброванная и калиброванная после: сфероидизирующего отжига нагартовки без ТО |
До 540 590 |
| Листы отожженые или высокоотпущенные | 480 |
| Лист горячекатанный | 490-640 |
| Лист термообработанный 1 и 2 категории | 480-630 |
| Холоднокатанная лента: отожженная нагартовкой класса прочности Н2 |
400-650 800-950 |
Видно, что в зависимости от состояния поставки из стали 35 можно изготовить гайки классов прочности от 4 до 9 — очень большой разбег.
Также на прочность гайки влияет тип ее резьбы:
- чем больше наружный диаметр резьбы, тем выше крепость в рамках одного класса прочности,
- чем мельче резьба, тем прочнее может быть соединение; мелкая резьба подходит для соединений, где случается вибрация и ударные нагрузки. Например, в автомобилях, бытовой технике, авиации и судостроении,
- если длина гайки равна диаметру резьбы, то соединение с болтом будет более прочным,
- резьба с крупным шагом прочнее в отношении осевого усилия.
Например, в таблице ниже видим, что гайки класса 5 диаметром резьбы 10 имеют прочность 590 МПа, а гайки того же класса, но диаметром 16 мм — прочность 630 МПа. Также видно, что минимальна разница в прочности между гайкой класса 5 с диаметром 16 и гайкой класса 6 с диаметром резьбы до 4 мм.
| Диаметр резьбы, мм | Класс прочности | Напряжение Н/мм2, не менее | Твердость по Виккерсу YV, не менее |
| 04 | 380 | 188 | |
| До 48 | |||
| 05 | 500 | 272 | |
| 16-48 | 4 | 510 | 117 |
| До 4 | 5 | 520 | 130 |
| 4-7 | 580 | ||
| 7-10 | 590 | ||
| 10-16 | 610 | ||
| 16-48 | 630 | 146 | |
| До 4 | 6 | 600 | 150 |
| 4-7 | 670 | ||
| 7-10 | 680 | ||
| 10-16 | 700 | ||
| 16-48 | 720 | 170 | |
| До 4 | 8 | 800 | |
| 4-7 | 810 | 188 | |
| 7-10 | 830 | ||
| 10-16 | 840 | ||
| 16-48 | 920 | 233 | |
| До 4 | 9 | 900 | 170 |
| 4-7 | 915 | 188 | |
| 7-10 | 940 | ||
| 10-16 | 950 | ||
| 16-48 | 920 | ||
| До 10 | 10 | 1040 | 272 |
| 10-16 | 1050 | ||
| 16-48 | 1060 | ||
| До 7 | 12 | 1150 | 295 |
| 7-10 | 1160 | ||
| 10-16 | 1190 | ||
| 16-48 | 1200 | - |
Как определить, подходит ли сталь для изготовления гайки? Например, нам нужна гайка класса 8, с резьбой М10, стандартными допусками. У нас есть сталь 35. Как получить гайку нужной нам прочности? Для этого рекомендуется обращаться к справочникам по сталям — например, к «Справочнику конструктора-машиностроителя» автора В.И. Анурьева.
Класс прочности гайки соответствует прочности стали, из которой она изготовлена. Прочность — это временное сопротивление в МПа или Н/мм2. Нужный показатель достигается в процессе изготовления гайки путем нагартовки, закалки или другой термообработки. В справочниках указывается нужный нам вид термообработки (температура и др.) Например, сталь 45 для создания гайки класса 10 или 12 проходит закалку при температуре 820-840 градусов.
Для большей наглядности сравним сопротивление напряжению у стали 35 в случае проката в нормализованном состоянии и после обжига и закалки по вышеупомянутому справочнику:
| Состояние стали марки 35 | Временное сопротивление, МПа |
| Прокат в нормализованном состоянии | 530 |
| Прокат калиброванный после нагартовки | 590 |
| Прокат калиброванный после отпуска и отжига | 470 |
| Прокат из термообработанной стали, образец толщиной до 16 мм | 630-780 |
| Прокат из термообработанной стали, образец толщиной 16-40 мм | 600-750 |
Мы видим как увеличивается прочность одной и той же марки стали по мере изменения ее толщины и состояния обработки — от отжига, нагартовки и др.
Также при выборе стали для гаек следует обращать внимание на твердость материала. Нужная твердость по Виккерсу задается ГОСТ:
| Класс прочности | Твердость по Виккерсу, HV | |
| М5 - М16 включительно | М16 - М39 включительно | |
| 04 | 188-302 | |
| 05 | 272-353 | |
| 5 | 130-302 | 146-302 |
| 6 | 150-302 | 170-302 |
| 8 | 200-302 | 233-353 |
| 9 | 188-302 | |
| 10 | 272-353 | |
| 12 | 295-353 | 272-353 |
Таким образом, при выборе стали нужно посмотреть в справочнике показатель сопротивления и показатель твердости в состоянии поставки. Они должны соответствовать вышеописанным нормативам для гаек. Также нужно учитывать стандарты вашей отрасли. Например, фланцевые соединения регулируются ГОСТ 6972-67 и ГОСТ 12816-80 — для монтажа трубопроводов, котлов, приборов, техники. В подобных стандартах можно найти данные по материалам гаек, анкеров и болтов. К примеру, гайки для эксплуатации при t до +450 градусов могут быть изготовлены из стали марок 35Х и 40Х.
Основные материалы для изготовления гаек
Гайки класса прочности 4, 5, 6 изготавливают из обычных углеродистых сталей без легирующих добавок, закалок и отпусков. Чаще всего можно встретить такие гайки из сталей 10 и 20, они используются повсеместно в быту и для малонагруженных конструкций.
Гайки классов 8, 9 и 10 не выпускают из сталей без легирующих добавок: здесь нужны более крепкие материалы, с легирующими добавками, закалкой, а также непосредственно легированные стали. Например, стали марок 35, 20Г2Р, 40Х с закалкой. Подходят для ответственных нагруженных соединений.
Наконец, гайки класса 12 всегда изготавливают из легированных закаленных и отпущенных сталей, например, марок 20Г2Р, 40Х, 30Х3МФ. Подходят для тяжелых ответственных конструкций. Гайки класса 10 и 12 можно многократно использовать, свинчивать и вновь навинчивать, они выдерживают частый демонтаж.
Согласно ГОСТ Р ИСО 898-2—2013 для гаек с крупной резьбой используются:
- углеродистые стали без закалки и отпуска или с ними по желанию производителя — гайки классов 04, 5, 6, 9;
- высокие гайки класса 8 и стандартные с резьбой до М16;
- углеродистые стали, прошедшие закалку и отпуск — класса 05, класса 8 с резьбой более М16, класса 10 и 12.
Для гаек с мелкой резьбой применяется:
- углеродистая сталь без закалки и отпуска или с ними, на усмотрение производителя — гайки класса 04, класса 6 с резьбой до М16, высокие гайки 2-го типа класса 8;
- углеродистая сталь с закалкой и отпуском — для классов 05, 6 с резьбой больше М16, класса 8, 10 и 12.
При этом сталь, проходящая закалку, должна иметь хорошую прокаливаемость. Конечно, лучше всего прокаливаются именно легированные стали. При работе с углеродистой сталью просто выбирают максимальный показатель из возможных.
По ГОСТ 1759.5-87 (ИСО 898-2—80) стандартные гайки изготавливаются из углеродистых нелегированных и легированных сталей:
- класса 3 — ст3кп3, ст3сп, 10; подойдут и ст5кп и ст5сп;
- класса 4 — горячей штамповкой из сталей марки 20, Ст3кп3, Ст3сп3;
- класса 5 — холодной штамповкой из стали 10 и 10 кп, горячей штамповкой из стали 20; подойдут также 35, 45, 20кп;
- класса 6 и 04 — холодной штамповкой из сталей 10, 10кп, 15, 15 кп; подойдут и марки 20, 20кп, 35, 45, 40Г;
- класса 8 и 9 — горячей штамповкой стали 35 и холодной штамповкой стали 20 и 20кп; также подходят 35Х, 45Г, 38ХА (смотреть состояние поставки и требования среды);
- класса 10, 12 и 05 — горячей штамповкой стали 35Х и 38ХА, холодной штамповкой 20Г2Р или с закалкой и отпуском стали 16ХСН, подойдут также 35ХГСА, 30ХГСА, 40Х, 40Х селект и 40Г2.
Условия применения: это гайки для работы с нормальных условиях при температуре от -50 до +150 градусов. По ГОСТ 1759.4 низкоуглеродистые марки 10 и 20 можно применять для холодной штамповки, а стали 30, 35, 45 — для горячей и холодной штамповки болтов, шпилек и винтов с последующей термической обработкой. Марки 10, 08кп, 15кп, 10пс, 10кс подходят для гаек, винтов, шайб работающих при температуре от -40 до +450 градусов при высоких требованиях к пластичности; после ХТО такой крепеж тоже набирает поверхностную твердость и износостойкость. Марки 35, 35Г, 40 — для деталей невысокой прочности с небольшими напряжениями.
Допустимо производить гайки и болты, другие крепежи из других марок стали, если они соответствуют техническим параметрам: напряжению, текучести и др. В целом для классов прочности от 8 и выше рекомендуются марки стали 35, 35Х, 40 и 40Х. Наиболее популярна сталь 40Х — она хорошо поддается обработке и резке, из нее можно создавать высокоточные и при этом крепкие детали. Сталь 20кп и пс подходит для работы температурах от -20 до 425 градусов; после цементации и цианирования эти стали дают поверхностную твердость, что и нужно для крепежа.
Есть материалы для специальных условий: например, повышенной влажности, сильного холода или жара и др. В таком случае работают отдельные стандарты. Так, по ГОСТ 1759.0-87 гайки изготавливаются из коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких и теплоустойчивых легированных нержавеющих сталей следующих марок:
- 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 10Х17Н13М2Т, 10X17H13M3T, 06ХН28МДТ — для гаек классов 4 и 5, с напряжением от 510 Н/мм2.
- 12X13 и 08Х21Н6М2Т — для гаек класса 4, 5 и 6, с напряжением от 590 Н/мм2.
- 20X13, 14Х17Н2 — для гаек класса 6 и выше, с напряжением от 690 Н/мм2.
- 10X11H23T3MP 13Х11Н2В2МФ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф 20Х1М1Ф1ТР — для гаек классов 8 и выше, с напряжением от 880 Н/мм2.
- 07Х16Н6 — для гаек класса 10 и выше, с напряжением от 1080 Н/мм2.
Условия применения: влага, химические вещества и другие высокие нагрузки от окружающей среды.
Также это могут быть цветные сплавы для работы при нормальной температуре:
- АМг5П, АМг5 — с напряжением от 260 Н/мм2.
- Латунь ЛС59-1, Л63 — с напряжением от 310 Н/мм2.
- Латунь Л63 антимагнитная, латунь ЛС59-1 антимагнитная — с напряжением от 310 Н/мм2.
- Бронза бр. Амц 9-2 — с напряжением от 490 Н/мм2.
- Д1, Д1П, Д16, Д16П — с напряжением от 370 Н/мм2.
Условия применения: сплавы применяются редко, в основном для узкоспециализированных отраслей — высокоточных приборов, электрических сетей и техники, в портах, в авиации и т. д.
Как выбрать гайку в зависимости от условий эксплуатации
Кроме класса прочности, важна и износостойкость, долговечность гайки. Для более сложных условий эксплуатации требуются гайки из легированных, нержавеющих сталей и сплавов. При выборе гайки нужно учитывать:
- температуру эксплуатации: например, для работе при t выше +550 °С при невысоких нагрузках нужны гайки из жаростойкой стали и сплавов типа 40Х9С2 и 40X10С2М (идеально для автомобильного крепежа, крепежа для двигателей), ХН73МБТЮ (для работы при t до +800 °С), 08X17 Т (для работы в кислотах, щелочах, солях при t до +350 °С, под давлением при t от -196 до +600 °С), 15Х5М и 15Х5ВФ (стойкий к окислению крепеж для работы при t до +600 °С), а также жаропрочные стали и сплавы для работы под нагрузками, стойкие к коррозии типа марок 10Х23Н18; при t -40 до +500 °С для крепежа подойдет марка 25Х1МФ;
- влажность, в т.ч. воздействие капельной влаги, погружение в воду — нужны гайки из коррозионностойких сталей, например, 07X16Н4Б, 09X16Н4Б, 20X13, 65X13, 12X13, 12X17, а для работы в морской воде — 08X17Н6Т;
- вибрации и динамические нагрузки;
- ударные нагрузки — например, марки сталей 20X13, 12Х13, 20X17Н2, для наибольшей прочности нужна закалка с отпуском;
- химические воздействия, кислотные или щелочные и другие агрессивные среды — например, стали 09Х15Н8Ю1 или 08X21Н6М2Т.
Марки сталей можно посмотреть в соответствующих стандартах: например, в ГОСТ 5632—2014, ГОСТ 20072-74.
В зависимости от класса специализированный крепеж изготавливают из следующих марок по ГОСТ 1759.0—87:
- для гаек класса 5 и выше — 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т(при t +600...+800 °С), 10Х17Н13М2Т и 10X17H13M3T (для кислых, сернокислых, уксусных сред), 06ХН28МДТ (для кислых, сернокислых сред при t до +80 °С);
- для гаек класса 6 и выше — 12X13 и 20X13 (ударные нагрузки, слабоагрессивные среды, атмосферные осадки), 08Х21Н6М2Т, 14Х17Н2 (агрессивные среды в химпромышленности и авиации), 25Х1МФ (при t +510 °С);
- для гаек класс 8 и выше —10X11H23T3MP (при t +700 °С), 13Х11Н2В2МФ (при t +600 °С), 20Х1М1Ф1ТР (крепеж для турбин, паропроводов и аппаратуры при t +500...+580 °С);
- для гаек класса 10 и выше —07Х16Н6 (атмосферные условия, уксусные, солевые среды, криотехника).
Условия использования: агрессивные химические среды, влияние снега, дождя и ветра, ударные нагрузки и вода.
В случае высоких прочностных нагрузок применяются высокопрочные гайки увеличенного размера по ГОСТ 52645-2006 (маркируются буквой S). Они имеют класс прочности 8 и 10, с покрытием из черной оксидной пленки, с цинковым или кадмиевым покрытием, с горячей оцинковкой. Изготавливаются:
- Класса 8, 9 и 10 — из стали марок 40, 40Х, 35, 35Х;
- Класса 9 и 10 — если у сопрягаемого болта резьба от 36 мм, то для гайки нужна сталь 40Х; при меньшем диаметре резьбы подойдут марки перечисленные выше;
- Класса 12 — стали марки 40Х.
Условия использования: чаще всего применяются в строительстве и машиностроении, в т.ч. в умеренном и холодном климате для соединений высокой надежности. Они не теряют прочности даже при срезе резьбы из-за чрезмерного затягивания; исключение — гайки с оцинковкой горячим методом, эти гайки могут разрушаться при перетягивании. Дополнительно они могут маркироваться буквой В — эксплуатация до -40 °С или ХЛ — для эксплуатации до -65 °С.
Влияние покрытия гайки на долговечность
По ГОСТ 9.303-84 для деталей с метрической резьбой применяются следующие виды покрытий:
| Металл | Покрытие | Как работает |
| Углеродистая и среднелегированная сталь | Ц.хр (цинковое хроматированное); Ц.фос.окс (цинковое фосфатированное оксидированное); Кд.хр (кадмирование хроматированное); Кд.фос (кадмирование фосфатированное); Кд.фос.окс (кадмирование фосфатированное оксидированное); H.X (хромовое с подслоем никеля) | Защита от коррозии |
| Легированные стали, сплавы титана | М (медь); Ср (серебро) | Улучшение свинчиваемости |
| Медь, медные сплавы | Ср (серебро), Зл (золото) | Для повышения электропроводности |
| Н (никель); H.X (хромовое с подслоем никеля) | Защита | |
| О (олово); О-С (олово-свинец); О-Ви (олово-висмут) Н.О (олово с подслоем никеля); Н.О-С (олово-свинец с подслоем никеля); Н.О-Ви (олово-висмут с подслоем никеля) О-Н (олово-никель), О-Ц (олово-цинк) | Защита, под пайку |
Влияние покрытий на состояние металла описано в таблице:
| Тип покрытия | Действие | Особенности | Влияние на состояние металла |
| Цинковое | Защищает от коррозии, обеспечивает свинчиваемость гаек и болтов. Хроматированное и фосфатированное цинковое покрытие обладает большей коррозионной стойкостью. | Покрытие хорошо сцепляется с металлом, но быстро истирается и крошится в работе при +250 и выше и -70 и ниже. | Цинкование электрохимическим методом приводит к снижению пластичности стали, поэтому стали с прочностью от 1380 МПа не цинкуют. |
| Кадмиевое | Защищает от коррозии в морской, пресной воде и в воздухе. Хроматирование и фосфотирование делает его крепче, а без них кадмиевое покрытие обеспечивает электропроводность. | Не подходит для применения в промышленных районах, в атмосфере с летучими химическими соединениями (например, при высыхании масляного лака), а также для контакта с бензинами, маслами с серой в составе. | Кадмирование электрохимическим методом приводит к снижению пластичности стали. |
| Никелевое | Защищает от коррозии. Черный никель придает оптические свойства — коэфф. отражения до 20%. | Может работать при t до +650. | Повышает поверхностную твердость стали, алюминия, цинкового сплава, повышает износостойкость и электропроводность. |
| Никелевое химическое с фосфором | Защищает от коррозии и истирания. Идеален для деталей в условиях трения, особенно без смазки. | Обладает повышенной твердостью и износостойкостью. Хрупкий, не выдерживает гибку, развальцовку. Подходит для сложнопрофилированных деталей. При ТО +400 °С становится очень твердым — от 6400 МПа. | - |
| Хромовое | Твердое и пористое хромовое — повышение износостойкости, молочное — защита от коррозии в т.ч. в морской воде и работа на трение. | Может быть твердым, пористым, молочным, черным. Твердое легко разрушается от ударной нагрузки. Не наносится на сложнопрофилированные детали. Черное хромовое — дает светопоглощение до 95%, но боится трения. |
Молочное хромовое снижает пластичность стали, пористое и твердое наоборот повышают износостойкость детали. |
| Медное | Как подложка для снижения пористости и улучшения сцепления с другими покрытиями. | Рабочая t до +300°С. Прочность — до 1470 МПа. Слабо защищает от коррозии. Облегчает свинчивание деталей. | - |
| Медь-олово | Защита. | Не боится щелочей, слабых кислот, сернистых соединений. | Повышает износостойкость электроконтактных деталей. |
| Олово | Для контакта изделия с пластмассами и резинами. | Не боится серосодержащих соединений. Сохраняется при свинчивании. | - |
| Олово-никель | Защита от коррозии. | Не боится повышенной влажности и сернистых соединений. Не подходит для ударных нагрузок. | Повышение поверхностной твердости и износостойкости. |
| Олово-висмут | Защита деталей для пайки | Сохраняется при свинчивании, не боится штамповки, развальцовки. | - |
| Олово-свинец | Позволяет паять низкотемпературным припоем. В условиях влаги и тепла хуже защищает от коррозии, чем покрытие из олова. | - | |
| Золото | Улучшение электропроводности | Не боится влажности воздуха и серы. | - |
| Анодно-окисные покрытия | Защита при работе в минеральных маслах. | Улучшает свинчиваемость, дает электроизоляционные свойства. | - |
| Химическое оксидирование Хим.Окс | Защита от коррозии при работе под открытым небом, а также как грунтовка под краску или лак. | Не подходит для защиты от контактной коррозии. Быстро истирается. | - |
| Химическое фосфатное | Защита от коррозии, как грунтовка под лаки и краски. Работает как электроизоляция. | Легко истирается, не выдерживает ударов, трескается при изгибе. Не боится масел, бензола, толуола. | Не влияет на прочность и твердость стали. |
Как видно, ряд покрытий таких как никель, олово, пористое и твердое хромовое покрытия повышают износостойкость и поверхностную твердость деталей.
Практически любое покрытие работает на повышение срока службы металлического изделия: например, предотвращает ржавчину, разрушение из-за трения, улучшает крепость лакокрасочных покрытий и др. Также в случае с гайками и болтами некоторые виды покрытия помогают предотвратить самооткручивание соединения — например, хромовое молочное покрытие работает на трение, препятствует движению по резьбе.
Читайте подробнее: О видах и эффективности цинкования стали — антикоррозийной защиты.
Какие материалы гайки подходят для экстремальных условий
В экстремальных условиях чаще всего применяют гайки класса 12. Выбор материала зависит от специфики условий:
- сильные вибрации, высокие динамические нагрузки — гайки из ковкого чугуна;
- работа в температурном диапазоне от -40 С° до +500 С° — гайки из жаропрочных сталей марок 25Х1МФ и 08Х18Н10;
- работа с электричеством (оборудование, приборы), а также в условиях высокой влаги — гайки и болты из латуни;
- для условий высочайших нагрузок вроде железнодорожных путей и составов, подъемных кранов, строительства мостов — высокопрочные стали марок 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА.
Гайки из нержавеющей стали по DIN 934 и ГОСТ 5915 применяются в агрессивных средах при t -65 С° до +450 С° и выполняются из аустенитной стали А2 и А4 с хромом и никелем, что защищает крепеж от коррозии. Молибден в стали А4 позволяет работать в кислотных и щелочных средах. Для реализации всей прочности не следует сочетать нержавеющие гайки с болтами из углеродистой стали.
Ошибки при выборе материала гайки
В основном ошибки в выборе материала гайки связаны с тремя факторами.
Ошибка 1. Не учли состояние материала
При изготовлении гаек всегда нужно учитывать исходное состояние стали по сертификату от завода-изготовителя. А при покупке гаек читать спецификацию, поскольку одна и та же сталь может существенно отличаться по прочности, пределу текучести, стойкости к коррозии, ударным нагрузкам, трению. Все зависит от таких факторов как метод изготовления гайки, термообработка или ее отсутствие, тип покрытия и др. Так, сталь 35, 40, 40Х — это прочная сталь для крепежа, но и она может быть уязвима к влаге или механическим ударам, если не прошла подготовку к таким условиям.
Ошибка 2. Не учли частоту демонтажа
Там, где нужно часто собирать и разбирать оборудование, конструкции, нужен крепеж класса прочности 10 и 12 независимо от нагрузок, поскольку только высокий класс прочности является «многоразовым», выдерживает частый демонтаж.
Ошибка 3. Неудачная экономия
Когда хочется сэкономить, нередко берут гайки и болты низкого класса прочности, но большего диаметра — прочность как бы добирается за счет толщины металла. На самом деле иногда выгоднее выбирать высокий класс прочности, чтобы крепеж был меньшего размера для нужных нагрузок — это сокращает расходы на металл до 30%.
Ошибка 4. Не учли высоту гайки и шаг резьбы
Прочность гайки зависит не только от прочности материала, но и от высоты: чем меньше высота, тем больше вероятность, что резьба будет срезана, сорвана. В пару к гайке всегда подбираются болты, и аналогично нужно смотреть на шаг резьбы болта: чем он крупнее, тем прочнее резьба — при высоких нагрузках может треснуть даже сам стержень, а резьба останется целой. При этом чем шире шаг резьбы болта и гайки, тем выше вероятность самооткручивания. Поэтому при высоких вибрационных нагрузках этот фактор надо учитывать — выбирать нечувствительный к вибрации крепеж, подбирать покрытие с эффектом трения, с мелкой резьбой, ставить контргайки, две гайки и др.
Ошибка 5. Не учли сочетание материалов гайки и сопрягаемого болта
Лучше ориентироваться на рекомендации в ГОСТ для вашей отрасли и общие рекомендации. Например, болт и гайка из нержавеющей стали с низким пределом текучести под нагрузкой нередко «слипаются», легко закусываются. Поэтому нужно учитывать не только прочность самой гайки, но и ее работу совместно с сопрягаемыми болтами, анкерами, фланцами и др.
Наконец, самая основная ошибка — не учесть все условия эксплуатации крепежа. Материал гайки должен выдерживать влажность, атмосферную среду, в том числе химические соединения, ударные нагрузки, вибрацию и другие серьезные факторы. Потому что высокий класс прочности еще не означает устойчивости материала к особенностям среды.
