Стали и прочность крепежаМашиностроительный крепёж может иметь различное назначение и выполнять самые разные задачи - от простого формирования целостности конструкции до восприятия основной несущей силовой нагрузки на конструкцию. Чем больше нагрузка на крепёж, тем более высокой прочностью он должен обладать. В зависимости от назначения и области применения крепёж изготавливают различных классов прочности, соответственно из разных марок сталей. Нет никакой надобности использовать высокопрочные болты для крепления, скажем, козырька на киоске, и напротив - совсем недопустимо использовать болты обычного, низкого, класса прочности в ответственных конструкциях башенных или козловых кранов - здесь применяются исключительно высокопрочные болты по ГОСТ 7817-70 - отсюда и народное название таких болтов "крановые болты". Желание сэкономить и использовать обычные болты - подешевле, или "крановые болты", но изготовленные из низкопрочных сталей, приводит к зрелищным новостям по телевизору с падающим краном в центре внимания. Для различных видов крепежа (болты, винты, гайки, шпильки) используются разные стали, разные классы прочности и различная их маркировка. Рассмотрим по-порядку.
Болты, винты и шпилькиБолты, винты и шпильки производятся из различных углеродистых сталей - разным сталям соответствуют разные классы прочности. Хотя, иногда можно из одной и той же стали изготовить болты различных классов прочности, используя при этом разные способы обработки заготовки или дополнительную термическую обработку - закалку. Например, из Стали 35 можно изготовить болты нескольких классов прочности: класса прочности 5.6 - если изготовить болты методом точения на токарном и фрезерном станке: классов 6.6 и 6.8 - получатся при изготовлении болтов методом объёмной штамповки на высадочном прессе; и класса 8.8 - если полученные перечисленными способами болты подвергнуть термической обработке - закалке. Класс прочности для болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей обозначают двумя цифрами через точку. Утверждённый прочностной ряд для болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей содержит 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 маркировки класса прочности болта обозначает 0,01 часть номинального временного сопротивления - это предел прочности на растяжение - измеряется в МПа (мегапаскалях) или Н/мм² (ньютонах на миллиметр квадратный). Также первая цифра маркировки класса прочности обозначает ≈0,1 часть номинального временного сопротивления, если Вы измеряете предел прочности на растяжение в кгс/мм² (килограммах-силах на миллиметр квадратный). Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел прочности на растяжение 5/0,01=500 МПа (или 500 Н/мм²; или ≈50 кгс/мм²) 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) Пример: Шпилька класса прочности 5.8: Определяем предел текучести 500х0,8=400 МПа (или 400 Н/мм²; или ≈40 кгс/мм²) Значение предела текучести - это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, винта или шпильки, при превышении которой происходит невосстанавливаемая деформация. При расчётах нагрузки на болты, винты или шпильки используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, то есть, с двукратным или трёхкратным запасом прочности соответственно. Классы прочности и марки сталей для болтов, винтов и шпилек| 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.45, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.20Г2Р | 800* | 640* | 238…304* | | 8.8 | Ст.35, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.20Г2Р | 800…830** | 640…660** | 242…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, т.35ХГСА, | 1000…1040 | 900…940 | 304…361 | | 12.9 | Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40ХНМА | 1200…1220 | 1080…110 | 366…414 |
В таблице приведены самые распространённые в метизном производстве и рекомендованные марки сталей, но в различных особых случаях также применяются и другие стали, когда их применение продиктовано дополнительными требованиями к крепежу. Значками помечено в таблице:
* применительно к номинальным диаметрам до 16 мм.
** применительно к номинальным диаметрам больше,чем 16 мм. Существуют специальные стандарты на высокопрочные болты узкоотраслевого применения, имеющие свою градацию прочности. Например, стандарты на высокопрочные болты с увеличенным размером "под ключ", применяемые в мостостроении - так называемые "мостовые болты": ГОСТ 22353-77 и российский стандарт ГОСТ Р 52644-2006. Прочность болтов согласно этих стандартов обозначается значением временного сопротивления на разрыв (границы прочности) в кгс/см²: то есть, 110, 95, 75 и т.д. Такие болты могут производиться в двух исполнениях:
Исполнение У - для климатических областей с максимально низкой температурой до -400С - буква У не обозначается в маркировке
Исполнение ХЛ - для климатических областей с максимально низкой температурой от -400С до -650С - обозначается в маркировке на головке болта после класса прочности | Резьба болтов | Класс прочности болтов | Марка стали | Граница прочности, МПа (кгс/см²) | Относит. удлинение, % | Ударная вязкость болтов исполнения ХЛ, МДж/м² (кгс·м/см²) | Макс. твердость по Бринеллю, HB |
|---|
| М16...М27 | 110 | 40Х Селект | 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) |
В производстве высокопрочных болтов по данным стандартам используются также стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА. Применение таких сталей позволяет добиться ещё более высокой прочности. Маркировка прочности болтов, винтов, шпилекМаркировка болтов и винтов под шестигранный ключ Система маркировки метрического крепежа разработана инженерами ISO (International Standard Organization - Международная Организация Стандартов). Советские, российские и украинские стандарты опираются именно на эту систему. Маркировке подлежат болты и винты с диаметром резьбы свыше 6 мм. Болты и винты диаметром менее 6 мм маркировать необязательно - производитель может наносить маркировку по собственной инициативе. Необходимо отметить, что среди винтов маркируются только винты, имеющие шлиц под шестигранный ключ, с различной формой головки: с цилиндрической, с полукруглой и с потайной головкой. Винты со всеми типами головки, имеющие крестовой или прямой шлиц, не маркируются обозначением класса прочности. Необходимо также отметить, что не маркируются болты и винты изготовленные методом резания, точения (т.е. не штамповкой) - в этом случае маркировка класса прочности возможна по дополнительному требованию Заказчика. Знаки маркировки наносят на торцевой или боковой поверхности головки болта или винта. Если знаки наносятся на боковую поверхность головки, то они должны быть углубленными. Допускается маркировка выпуклыми знаками, 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. Данная маркировка наносится на верхней части головки выпуклыми или углубленными знаками; может также наноситься на боковой части головки углубленными знаками. Для болтов и винтов с фланцем, если в процессе производства невозможно нанести маркировку на верхней части головки, маркировку наносят на фланце. Болты с полукруглой головкой и квадратным подголовником по ГОСТ 7802-80 классов прочности 8.8 и выше маркируют знаком производителя и обозначением класса прочности. 
Символы маркировки классов прочности болтов и винтов под шестигранный ключ, приведены в следующей таблице: 
Если данные символы невозможно нанести из-за формы головки или ее малых размеров, применяются символы маркировки по системе циферблата. Эти символы приведены в следующей таблице: 
Также, в отдельных случаях, на головке болта может маркироваться сталь из которой изготовлен болт. Показан пример болта из Стали 40Х. Маркировка шпилек Шпильки маркируют цифрами класса прочности только с диаметром резьбы свыше 12 мм. Так как маленькие диаметры шпилек затруднительно маркировать с помощью цифровых клейм, то допускается маркировать такие шпильки, с диаметрами резьбы М8, М9, М10, М11, используя альтернативные знаки, приведенные на рисунке. Знаки наносят на торце гаечного конца шпильки. 
Шпильки маркируют клеймением с углубленными знаками и нанесением обозначения класса прочности c товарным знаком производителя на безрезьбовом участке шпильки. Маркировке подлежат шпильки классов прочности 5.6, 8.8 и выше. 
ГайкиКласс прочности для гаек из углеродистых сталей нормальной высоты (Н≈0,8d), гаек высоких (Н≈1,2d) и особо высоких (Н≈1,5d) обозначается одним числом. Утверждённый прочностной ряд содержит семь классов прочности: 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12 Это число обозначает 1/100 часть предела прочности болта с которым в паре должна компоноваться гайка в резьбовом соединении. Такое сочетание болта и гайки называется рекомендуемым и позволяет равномерно распределить нагрузку в резьбовом соединении. Например, 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 - оптимальной будет пара с болтом класса прочности 8.8. 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.20Г2Р, Ст.40Х | 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 |
Правило подбора гаек к болтам заключается в сохранении целостности резьбы гайки, навинченной на болт, при приложении пробной испытательной нагрузки - попросту говоря, при испытаниях гайку не должно "сорвать" от испытательной нагрузки для выбранного болта. 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 M16 | | 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 M16 | | 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 "болт + гайка", напряжение в которых будет выше предела текучести, или напряжения от пробной нагрузки болта. Классы прочности и марки сталей для гаек низкихПо причине того, что низкие шестигранные гайки предназначены, в основном, для препятствия отвинчиванию сопрягаемых шестигранных гаек нормальной или увеличенной высоты, и не несут силовой нагрузки - 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 Также существует группа особо низких гаек с высотой Н менее 0,5d. В эту группу включены гайки для лёгких соединений, которые не подвергаются каким-либо существенным нагрузкам. Для таких гаек не определяется класс прочности - вместо этого может быть указана 1/10 часть от минимальной твёрдости по Виккерсу, HV. В следующей таблице приведены марки сталей, используемые при изготовлении низких гаек: | 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 | Значками помечено в таблице:
* для номинальных диаметров до 16 мм.
** для номинальных диаметров свыше16 мм. Совместно с высокопрочными болтами узкоотраслевого применения, имеющими свою градацию прочности, применяются соответствующие высокопрочные гайки. Например, с уже упомянутыми "мостовыми болтами" по ГОСТ 22353-77 и ГОСТ Р 52644-2006 применяются гайки с увеличенным размером "под ключ" по стандартам ГОСТ 22354-77 и ГОСТ Р 52645-2006. Прочность гаек согласно этих стандартов обозначается таким же значением, как у сопрягаемого болта - значением временного сопротивления на разрыв (границы прочности) в кгс/см²: 110, 95, 75 и т.д. Такие гайки, как и болты могут производиться в двух исполнениях: Исполнение У - для климатических областей с максимально низкой температурой до -400С - буква У не обозначается в маркировке Исполнение ХЛ - для климатических областей с максимально низкой температурой от -400С до -650С - обозначается в маркировке на головке болта после класса прочности | 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 | 241...341 | | М30 | 95 | 950 (95) | 229...341 | | М36 | 75 | 750 (75) | | М42 | 65 | 650 (65) | | М48 | 60 | 600 (60) | В производстве высокопрочных гаек по данным стандартам используются также стали 30Х3МФ, 30Х2АФ и 30Х2НМФА совместно с болтами из соответствующих сталей. Применение таких сталей позволяет добиться ещё более высокой прочности гаек. Маркировка шестигранных гаек Маркируют гайки с диаметром резьбы более 6 мм. Знаки маркировки наносят на одну из торцевых поверхностей. Гайки наименьшего класса прочности 4 не маркируют. В некоторых технически обоснованных случаях допускается наносить маркировку на боковых поверхностях (гранях) гайки. Знаки должны быть углубленными. 
Допускается маркировка гаек по системе циферблата. Такая система используется в основном на гайках малых размеров, когда для цифровых знаков просто 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 схеме: 
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. Прочность шайб В отличие от болтов и гаек, которые имеют классы прочности обозначаемые количественно цифрами, исходя из показателей прочности на разрыв и пластичности, шайбы несут нагрузки на сжатие, кручение, срез и, в основном, призваны распределить нагрузку в болтовом соединении на большую площать. В таком случае для шайб определяющим параметром является поверхностная твёрдость, и ко всем видам шайб предъявляются требования по твердости. Если речь идёт о классе прочности шайб, то подразумевается именно твердость шайб. По аналогии с болтами, винтами и гайками многие называют твердость у шайб их классом прочности. Класс прочности (твердость) шайб может измеряться и обозначаться в различных единицах - в зависимости от метода измерения твёрдости: методы измерения бывают по Виккерсу, по Роквеллу и по Бринеллю. Размеры, наличие защитного покрытия и в обязательном порядке твердость определяют сферу применения шайб в различных условиях работы. Наиболее распространён метод Виккерса - шайбы могут иметь твёрдость по Виккерсу от 100 единиц до 400, и обозначаются HV100, HV200, HV300 и т.д. По Роквеллу твёрдость обозначается HRC, по Бринеллю НВ. |
.jpg "Жидкий алюминий Devcon F-2")
