Прочность болтов. Что нужно знать?

Для чего нужен болт.

Болт представляет собой крепежный элемент ввиде металлического стержня цилиндрической формы, с наружной резьбой на одном конце и головкой на другом. Он применяется в паре с гайкой и шайбой или вкручивается в специальное резьбовое отверстие. Болты широко распространены и находят применение в машиностроении, строительстве и мебельном производстве, обладая рядом уникальных преимуществ:      

•   -  Надежное крепление: Болты гарантируют прочное и долговечное соединение деталей, что критически важно как в быту, так и в промышленности.
•   -  Гибкость конструкции: Возможность демонтажа, в отличие от сварки или клепки, делает болтовые соединения идеальными для конструкций, требующих обслуживания или модификации.
•   -  Адаптивность к задачам: Разнообразие типов болтов (мебельные, дорожные, машиностроительные и т.д.) позволяет подобрать оптимальное решение для любых условий эксплуатации.
•   -  Широкий спектр применения: Болты незаменимы в машиностроении, строительстве, мебельной индустрии и при выполнении домашних работ.
•   -  Эффективность в паре: Для максимальной надежности болт используется в комплекте с гайкой, а шайбы помогают равномерно распределить нагрузку на соединяемые поверхности.

Типы болтов.

Существуют различные типы болтов, в зависимости от назначения, формы головки, типа резьбы, класса прочности и др.            

•       -  Болты с шестигранной головкой. Наиболее распространенный тип, используемый в различных областях. 
•       -  Мебельные болты. С полукруглой головкой и квадратным подголовком для крепления мебели. 
•       -  Рым-болты. Используются для крепления цепей и тросов. 
•       -  Анкерные болты. Используются для крепления к бетону или каменной кладке. 

Прочность стали болтов.

Прочность болта, выражается через такую характеристику как "класс прочности". Класс прочности является показателем надежности болта при эксплуатации, гарантируя устойчивость к деформации и разрушению. Класс прочности определяется выбором стали и применяемыми технологиями обработки, устанавливает механические характеристики болта. Чем выше класс прочности, тем более значительные нагрузки способен выдержать крепежный элемент.  

Класс прочности болтов. 

ГОСТ 1759.4-87 (соответствующий международному стандарту ИСО 898/1-78) устанавливает систему классификации прочности болтов. Класс прочности зависит от материала изготовления (например легированной стали или углеродистой) и применяемой термической обработки. Основное отличие легированной стали от обычной углеродистой заключается в добавлении в ее состав таких элементов, как молибден, титан, вольфрам и др. Эти добавки улучшают свойства стали, делая ее более твердой, плотной и устойчивой к высоким температурам.
Термическая обработка стали – это процесс, в ходе которого изменяется ее внутренняя структура. Это позволяет значительно повысить сопротивляемость стали, увеличить ее прочность и износостойкость, что напрямую влияет на долговечность крепежных изделий. 
Класс прочности стали может быть обозначен как с использованием десятичной точки (например 3.6), так и без нее (например 36). Для крепежа из нержавеющей стали обозначение класса прочности может включать информацию о марке стали (например, A2-70).

Рассмотрим основные классы прочности и их характеристики:

        Классы прочности (3.6 - 6.8)
             Материал - обычная углеродистая сталь.
             Добавки не используются.
             Термообработка не применяется.
        Классы прочности (8.8 - 9.8)
             Материал - углеродистая сталь.
             Возможно добавление бора, марганца или хрома.
             Проходит закалку с последующим отпуском при 425 °С.
        Класс прочности  10.9
               Материал - углеродистая или легированная сталь
               Возможно добавление бора, марганца или хрома.
               Проходит закалку с последующим отпуском от 340 до 425 °С.
         Класс прочности 12.9
              Материал -  легированная сталь.
              Возможные добавки: нет
              Проходит закалку с последующим отпуском 380 °С.

Расшифровка прочности болтов.

Класс прочности крепежных элементов, таких как болты и шпильки, указывается двумя числами, разделенными точкой (например, 5.6, 8.8). Эти числа позволяют определить, какую нагрузку может выдержать крепеж до разрушения или деформации. Маркировка класса прочности обычно находится на головке болта или шпильки.

Первое число:

Указывает на минимальный предел прочности на растяжение в МПа. Для определения класса прочности болта 8.8 в МПа, нужно умножить первое число на 100

5 * 100 = 500 МПа. 
8 * 100 = 800 МПа. 

Второе число:

Указывает на отношение предела текучести к пределу прочности. Предел текучести – это нагрузка, при которой болт начинает необратимо деформироваться. Для определения предела текучести болта  нужно умножить вторую цифру на предел прочности в измеренную МПа, поделив полученный результат на 10. 
6 * 500/10 =   300 МПа.
8 * 800/10  =  640  МПа.

Так-же можно разделить второе число на 10 чтобы увидеть соотношение предела текучести к пределу прочности.
Например:  6/10 = 0.6. Предел текучести равен  60% от предела прочности.
                    8/10 = 0.8. Предел текучести равен  80% от предела прочности.

Ниже представляем таблицу с классами прочности болтов. Перед ней вы найдете пояснения к терминам, которые помогут разобраться в характеристиках крепежа согласно ГОСТ 1759.4-87 (ИСО 898/1-78).
Временное сопротивление: Максимальная сила, которую может выдержать болт до разрушения при любом типе воздействия (сжатие, изгиб, скручивание, растяжение).
Твердость по Виккерсу: Показатель устойчивости болта к деформации при ударе или контакте с другими предметами. Измеряется по сопротивлению вдавливанию алмазной пирамиды.
Предел текучести: Максимальная рабочая нагрузка, при которой болт начинает необратимо деформироваться без увеличения силы. При расчетах рекомендуется выбирать болты с запасом прочности в два раза.

Маркировка болтов.

В соответствии с ГОСТ на каждый болт должна наносится маркировка, информирующая о классе прочности и производителе. Место нанесения – торцевая или боковая поверхность головки – определяется размером болта. Помимо обязательных данных, производитель может указать и дополнительные сведения о крепеже. Пример маркировки показан на иллюстрации:

•  1 (буква D): Обозначает клеймо или товарный знак изготовителя.
•  2 (11.14): Цифровое значение указывает на номер плавки.
•  3 (10.9): Характеризует класс прочности шестигранных болтов. Отсутствие этого обозначения означает, что класс прочности ниже 6.
•  4 (S): Сигнализирует о том, что болт имеет шестигранную головку, размер которой превышает стандартный.
•  5 (ХЛ): Указывает на климатическое исполнение: ХЛ – для эксплуатации в холодных условиях (до -65 °С), У – для умеренного климата (до -40 °С).

 

Класс прочности болтов применение.

Для правильного выбора крепежа важно не только учитывать класс прочности, но и понимать, какие у него есть свойства. Эти характеристики определяют, для каких задач может подходить данный метиз.

• Болты класса 3.6. Находят применение в изделиях, не требующих высокой прочности, например, в бытовой технике и мебели.
• Болты класса 4.6. Также имеют низкую прочность и используются в неответственных соединениях.
• Болты класса 4.8. Имеют более высокую прочность на растяжение. Могут применяться в различных отраслях промышленности.
• Болты класса 5.6. Находят более широкое применение, включая некоторые строительные и машиностроительные конструкции.
• Болты класса 5.8. Более прочные, чем 5.6, и могут использоваться в ответственных соединениях. Применяются в строительстве и машиностроении.
• Болты класса 6.8. Могут использоваться в ответственных соединениях, автомобилестроении для крепления элементов кузова и других деталей, не подверженных повышенным нагрузкам.
• Болты класса прочности 8.8. Относятся к крепежу с высокой прочностью. Используются в тех случаях, когда обычные крепежные изделия не обеспечивают достаточной надежности соединения. Применяются в строительстве промышленных и жилых зданий, машиностроении, мостостроении, тоннелестроении, производстве оборудования. 
• Болты класса прочности 9.8. Относятся к высокопрочным и часто используются в более ответственных соединениях чем болты прочностью 8.8.
• Болты класса прочности 10.9. Применяются в машиностроении, автомобильной промышленности, строительстве и других отраслях для соединения элементов конструкций и узлов. Используются в тех случаях, когда требуется высокая нагрузка на болтовое соединение. Примеры использования: крепление двигателей, железнодорожного оборудования.
• Болты класса прочности 12.9. Используются в областях, где требуется максимальная прочность и надежность соединения. Примеры использования: фиксация двигателей, крепление деталей в автомобильной промышленности, строительство мостов и др.