Что вы знаете о болтах?
ОБОЗНАЧЕНИЯ, КЛАСС ПРОЧНОСТИ И РАСЧЕТ НАГРУЗОК ДЛЯ БОЛТОВ
На головке болта должна быть нанесена следующая маркировка:
— клеймо завода изготовителя (JX, THE, L, WT, и др.);
— класс прочности;
— правая резьба не маркируется, если резьба левая — маркируется стрелкой против часовой стрелки.
Винты отличаются от болтов отсутствием маркировки.
Для изделий из углеродистой стали, класс прочности обозначают двумя цифрами через точку.
Пример: 4.6, 8.8, 10.9, 12.9.
Первая цифра обозначает 1/100 номинальной величины предела прочности на разрыв, измеренную в МПа. В случае 8.8 первая 8 обозначает 8 х 100 = 800 МПа = 800 Н/мм2 = 80 кгс/мм2
Вторая цифра — это отношение предела текучести к пределу прочности, умноженному на 10. Из пары цифр можно узнать предел текучести материала 8 х 8 х 10 = 640 Н/мм2.
Значение предела текучести имеет важное практическое значение, поскольку это и есть максимальная рабочая нагрузка болта.
Поясним значения некоторых терминов:
Предел прочности на разрыв — величина нагрузки, при превышении которой происходит разрушение — «наибольшее разрушающее напряжение».
Японские самурайские мечи — пример классического сочетания материалов с различными характеристиками прочности. Некоторые их виды снаружи сделаны из твердой закаленной стали, а внутри выполнены из упругой, позволяющей мечу не ломаться при боковых изгибающих нагрузках. Такое строение называется «кобу-си» или, иначе, «пол-кулака», то есть «горсть» и при соответствующей длине катаны является очень эффективным решением для боевого клинка.
Другой практический пример: закручиваем гайку, болт удлиняется и после некоторого усилия начинает «течь» — мы превысили предел текучести. В худшем случае может произойти срыв резьбы на болте или гайке. Тогда говорят — резьба «срезалась».
Вот тут есть небольшой ролик с испытанием болтов на разрыв, наглядно демонстрирующий протекающие процессы.
Процент удлинения — это средняя величина удлинения деформируемой детали до её поломки или разрыва. В бытовом плане некоторые виды некачественных болтов называют «пластилиновыми» подразумевая именно термин процент удлинения. Технический термин — «относительное удлинение» показывает относительное (в процентах) приращение длины образца после разрыва к его первоначальной длине.
Твёрдость по Бринеллю — величина, характеризующая твeрдость материала.
Твердость — способность металла противостоять проникновению в него другого, более твердого тела. Метод Бpиннеля применяется для измерения твердости сырых или слабо закалённых металлов.
Для крепежа из нержавеющей стали также наносится маркировка на головке болта. Класс стали — А2 или А4 и предел прочности — 50, 70, 80, например: А2-70, А4-80.
На шпильки с резьбой наносится цветовая маркировка с торца: для A2 – зеленым цветом, для A4 – красным. Значение для предела текучести не указывается.
Пример: Для A4-80 Предел прочности = 80 х 10 = 800 Н/мм2.
Значение 70 – является стандартным пределом прочности нержавеющего крепежа и принимается в расчет пока явно не указано 50 или 80.
Предел текучести для нержавеющих болтов и гаек является справочным значением и составляет около 250 Н/мм2 для A2-70 и около 300 Н/мм2 для A4-80. Относительное удлинение при этом составляет около 40%, т.е. нержавейка хорошо “тянется” после превышения предела текучести, прежде чем наступит необратимая деформация. В сравнении с углеродистыми сталями относительное удлинение для ST-8.8 составляет 12%, а для ST-4.6 соответственно 25%
Отечественный ГОСТ 1759.4-87 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ не уделяет внимания вообще расчету нагрузок для нержавеющего крепежа, а также не указывает явно, какой размер резьбы d, d2 или d3 принимается в расчет. В результате сравнения значений из ГОСТа и таблицы размеров метрической резьбы из справочника фирмы FABORY, становится ясно, что это d2 – pitch diameter.
При расчетах болтового соединения для заданной нагрузки используют коэффициент 1/2, а лучше 1/3 от предела текучести. Иногда его называют Коэффициентом запаса, соответственно два или три.
Примеры расчета нагрузки по классу прочности материала и резьбе:
Болт М12 с классом прочности 8.8 имеет размер d2 = 10,7мм и расчетную площадь сечения 89,87мм2.
Тогда максимальная нагрузка составит: ОКРУГЛ( (8*8*10)*89,87 ;0) = 57520 Ньютон, а расчетная рабочая нагрузка — 57520 х 0,5 / 10 = приблизительно 2,87 тонны.
Для болта M12 из нержавеющей стали A2-70 та же расчетная рабочая нагрузка не должна превышать половину значения предела текучести и составит 250 x 89,87 / 20 = приблизительно 1,12 тонны, а для M12 A4-80 – 1,34 тонны.
Сравнительная таблица расчетных* данных нагрузок**
для болтов из углеродистой и из нержавеющей стали.
* Указаны приблизительные значения рабочей нагрузки, как 1/20 от максимальной в Ньютонах
с округлением до 10 в меньшую сторону.
** Расчетные данные рабочих нагрузок приведены в ознакомительных целях и не являются официальными данными.
В сокращенном виде этот материал изложен на последней странице крепежного каталога.
Дополнительные таблицы, сделанные еще перед выходом статьи в 2008 году и добавленные 21.09.2011 спустя почти четыре года. Добавлены сведения для нержавейки A2-50 и высокопрочных ST-10.9. Коэффициент запаса равен двум. Можно перестраховаться и смело делить на тридцать нагрузку в Ньютонах. Кстати, на такелаже именно так и делают, только делят нагрузку на сорок, т.е. принимают запас равным четырем.
Все классы прочности болтов
Долговечность и работоспособность конструкции во многом зависят от прочности болтов. Для качественного соединения деталей важно правильно выбирать крепежные изделия. Это станет гарантией длительной и надежной эксплуатации.
Почему нужно обращать внимание на прочность болтов
От выбора метизов зависят устойчивость и безопасность машины/оборудования/объекта.
Что такое высокопрочные болты
Высокопрочный болт (БВП) – крепежная деталь, отличающаяся повышенной стойкостью к механическим воздействиям. Во время эксплуатации метизы способны выдержать большие постоянные, переменные и особые нагрузки (вибрационные, весовые, ветровые, динамические, сейсмические) без изменения формы и размеров.
Иногда их используют для бытовых целей – при ремонте балконов, для монтажа отдельных элементов к железобетонным стенам помещения.
Классы прочности болтов и маркировка – таблица
Класс прочности болта – технико-эксплуатационная характеристика, которая отражает предельную нагрузку на металлоизделие при скреплении деталей, показывает устойчивость к деформациям, ударам и разрыву.
Классы прочности отражают предельную нагрузку при скреплении деталей.
По ГОСТу 1759.4-87 (ISO 898.1-78) метизы подразделяются на 11 групп: 3.6; 4.6; 4,8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.
Чем выше значение, тем большее усилие способен выдержать крепеж, тем он прочнее и выносливее.
К категориям от 3.6 до 6.8 относят болты, предназначенные для эксплуатации в легких конструкциях, 8.8-12.9 – высоконадежные.
Механические свойства крепежей в зависимости от показателя прочности представлены ниже в таблице:
| Класс прочности | Номинальное временное сопротивление, Н/мм² | Твердость по Виккерсу (min/max), HV | Предел текучести (min/max), МПа |
| 3.6 | 300 | 95/250 | 180/190 |
| 4.6 | 400 | 120/250 | 240 |
| 4.8 | 400 | 130/250 | 320/340 |
| 5.6 | 500 | 155/250 | 300 |
| 5.8 | 500 | 160/250 | 400/420 |
| 6.6 | 600 | 190/250 | 360/480 |
| 6.8 | 600 | 190/250 | 640 |
| 8.8 | 800 | 250/335 | 640/660 |
| 9.8 | 900 | 290/360 | 720 |
| 10.9 | 1000 | 320/380 | 900/940 |
| 12.9 | 1200 | 385/435 | 1080/1100 |
Что наносится на шапку болта
На стандартном болте, сделанном по ГОСТ 7798-70, есть маркировка.
В нее входят:
Обозначения наносят на верхнюю часть головки. Они бывают выпуклыми и углубленными. Геометрию определяет производитель.
На болтах и винтах диаметром более 6 мм маркировка обязательна. На крепежах меньших размеров номер не ставят.
На стандартном болте есть маркировка с классом прочности.
На деталях малого размера или нестандартной формы применяют символы из циферблатной системы.
Расшифровка знаков на болтах из нержавеющего металла:
Возможно заводское клеймо.
Изделия из мартенситного сплава маркируют аналогично углеродистым, при этом цифры внизу подчеркнуты. Стандартом разрешено не ставить точку в обозначении.
В БВП знаки указывают согласно ГОСТ 52644-2006.
В качестве примера: D 11.14 8.8 S ХЛ, где:
Изделия из мартенситного сплава имеют заводское клеймо.
Условные обозначения на шпильки наносят, если диаметр резьбы превышает 12 мм.
Требования по ГОСТу
Метизы должны соответствовать прописанным в ГОСТах размерам, механическим свойствам, классу точности, нормам качества, не иметь крупных дефектов и следов коррозии.
На чертежах и в спецификациях инженеры отмечают болты строго по стандарту.
Что такое предел текучести и как его определить
Предел текучести σт – критическая нагрузка на разъемное соединение, при которой наступает необратимый процесс разрушения конструкции без увеличения воздействующей силы.
На параметр влияет температура. При ее повышении σт понижается.
Для расчета показателя существуют 2 формулы:
Пределом текучести называется критическая нагрузка на разъемное соединение.
Чем выше предел текучести, тем дольше деталь способна находиться в состоянии напряжения, противодействовать динамическим и стационарным силам. При подборе крепежа учитывают 2- или 3-кратный запас прочности.
Класс прочности и марка стали
На качество изделий влияет содержание углерода в сплаве. С уменьшением количества вещества повышаются надежность, твердость и прочность детали.
Болты выпускают:
Необходимые свойства достигаются в результате термообработки (закалки) в электропечах. Каленый сплав отличается высокими эксплуатационными характеристиками.
Наиболее распространенные марки для изготовления БВП – Ст30ХГСА; Ст35; Ст35Х; Ст35ХГСА; Ст38ХА; Ст40Х; Ст40Х «Селект»; Ст20Г2Р.
Прочность узкоспециализированных болтов
Для БВП узкоотраслевого назначения предусмотрены отдельные стандарты и требования. Крепежи изготавливают увеличенными.
Характеристика, определяющая прочность металла, – напряжение, соответствующее максимальному усилию и предшествующее разрыву.
К группе специализированных БВП относят мостовые, башмачные, анкерные, железнодорожные болты и т. д.
Некоторые из них предназначены для эксплуатации в сложных и экстремальных условиях, имеют маркировку:
Механические свойства прописаны в ГОСТ 22353-77, Р 52644-2006, 24379.1-80.
Виды крепления болтов
Резьбовые соединения конструктивно отличаются друг от друга.
Болтовое
Болт – деталь, снабженная головкой и резьбой на разных концах. Резьба необходима для навинчивания гайки. Головку подхватывают снаружи гаечным ключом.
Для установки метиза на соединяемых поверхностях высверливают отверстия большего диаметра. С торцевой стороны снимают фаску.
Болтовое крепление легко заменить при обрыве.
Недостаток соединения – требует много места, что приводит к увеличению габаритов и веса конструкции.
Достоинство – легкая замена при обрыве.
Винтовое
Винт ввертывают в корпус специальным торцевым инструментом. Головка бывает разной формы, в т. ч. 6-гранной. Главное отличие – малая площадь установки.
Отрицательный момент: при монтаже резьба часто повреждается, извлечь часть крепежа трудно. Поэтому винтовое соединение не применяют при многократном монтаже/демонтаже.
С помощью шпилек
Шпилька – крепежное изделие цилиндрической формы без головки, на концах которого имеется резьба одинакового диаметра. На одной стороне выполнена тугая нарезка. Другой конец необходим для установки гайки.
Крепление с помощью шпилек востребовано при частой сборке конструкции.
Элемент востребован при частой сборке/разборке конструкции и установке в труднодоступных местах. Шпилька может гнуться и терять прочность. От сильных нагрузок резьба часто срывается.
Соединение болтов с помощью резьбы
Классификация резьб:
Метрическая резьба – основной тип резьбового соединения. Ее параметрами являются номинальный диаметр и шаг резьбы в миллиметрах, устанавливаемые ГОСТ 8724-81.
Соединение болтов с помощью резьбы является надежным и технологичным.
Достоинства:
Недостаток – склонность к самоотвинчиванию.
Как правильно затягивать и откручивать болты
В паре «болт-гайка» устанавливают контргайку для удержания от раскручивания. Для стопорения используют простые, стопорные или специальные шайбы – круглые, пружинные, плоские квадратные либо особой формы. Зубчатые закручивают до указанного крутящего момента, попарно клиновые – до момента затяжки.
Удобный способ затягивания крепежа – анаэробный фиксатор. Жидкость наносят на место резьбы, накручивают гайку на болт. Вещество растекается по деталям, застывает. Конструкция становится неразборной.
При затягивании метизов пользуются ключами:
Усилие начальной затяжки определяют:
Метизы откручивают рожковыми или накидными ключами, отвертками, пневматическим гайковертом, головками с использованием воротка.
Крепеж с правой резьбой раскручивают против часовой стрелки. Если есть следы коррозии или ржавчины, необходимо нанести смазку-аэрозоль WD-40. Для выпадания ржавых остатков следует аккуратно постукать по болту молотком. Затем провернуть гайку на несколько градусов и свободно изъять крепеж.
Класс прочности болтов
При ремонте и обслуживании автомобиля, нередки случаи, когда необходимо заменить крепеж (а частности болты) на новый. Но следует помнить, что помимо размеров и шага резьбы, у болтов есть еще одна не менее важная характеристика — класс прочности.
Строительному крепежу с классом 4.6 или 5.8 не место в автомобиле!
Класс прочности по ГОСТу обозначается двумя цифрами через точку — например, 8.8
Первое число, умноженное на 100, определяет номинальное временное сопротивление в Н/мм², второе число (отделённое точкой от первого), умноженное на 10, — отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Произведение чисел, умноженное на 10, определяет номинальный предел текучести в Н/мм2.
Часто встречаются иностранные болты с иными обозначениями. На изображениях ниже приведены соответствия обозначений нашему ГОСТу.
Кратко о классе прочности гаек и шпилек:
В целом, крепеж с классом прочности ниже 8.8 не используется в автомобиле. Старайтесь соблюдать класс прочности родного крепежа при замене. Подбирайте болты ответственно!
