Міцність болтів: з вуглецевої сталі та нержавіючої сталі

 

 

Різьбові з'єднання є найбільш затребуваним рішенням у машинобудуванні, будівництві, меблевій справі та багатьох інших галузях промисловості. На відміну від зварювання та заклепок, болти і гвинти мають можливість регулювання навантаження та притискання, а також наступного демонтажу. У кожному конкретному випадку необхідно підбирати болти з характеристиками, що відповідають умовам завдання.

 

 

Маркування на головці болта

 

Сертифікована продукція маркується набором символів, нанесених штампуванням, травленням або лазером. Мінімальний набір позначень включає:

 

• Кліше виробника — скорочена або повна назва, початкова буква, торговий знак.

 

• Стрілка — вказує напрямок вгвинчування (вліво — нестандартна ліва різьба).

 

• Клас міцності — ключовий параметр вибору: межа навантаження на розрив.

 

Для нержавіючого кріплення маркування доповнюється буквено-цифровим позначенням: A2-70, A4-80. Кольорове кодування: A2 — зелений, A4 — червоний.

 

 

Розшифровка класу міцності болтів (ISO 898-1)

 

Клас міцності — це дві цифри через крапку, в яких зашифровані границя міцності та границя текучості матеріалу:

 

• Перша цифра × 100 = границя міцності σв (МПа). Приклад: 8 → 800 МПа.

 

• Перша × друга × 10 = границя текучості σ0,2 (МПа). Приклад: 8.8 → 8×8×10 = 640 МПа.

 

• Друга цифра / 10 = відношення σ0,2 / σв. Приклад: 8.8 → 640/800 = 0,8 = 80%.

 

 

Границя текучості — це навантаження, при якому болт починає деформуватися без можливості відновлення форми. При проектуванні розрахунки роблять із запасом: робоче навантаження не перевищує 50% границі текучості. У відповідальних промислових з'єднаннях застосовуються болти не нижче класу 8.8.

 

 

 

 

 

Класи міцності нержавіючого кріплення (ISO 3506)

 

Для нержавіючого кріплення діє стандарт ISO 3506, окремий від ISO 898-1. Позначення: буква A (аустенітна сталь) + цифра (клас сталі) + тире + цифра (мінімальний σв × 10). Найбільш поширені A2-70 та A4-80.

 

 

 

Стандартне значення границі текучості нержавіючої сталі A2 і A4 становить 250–300 Н/мм². Подовження при навантаженнях — 10–40%, що забезпечує гарний запас пластичності порівняно з високоміцними вуглецевими болтами класів 10.9 і 12.9.

 

 

Твердість металу

 

Під твердістю розуміється здатність виробу протистояти зовнішньому механічному впливу більш твердого тіла із збереженням цілісності поверхні, форми та розміру. В Україні прийнята система Брінелля (HB). Європейський стандарт — твердість за Віккерсом (HV).

 

Практичний приклад для розуміння різниці «міцність vs. твердість»:

 

• Столова виделка з нержавійки — при вигині деформується, не тріскаючись. Міцність значно перевищує твердість — висока пластичність.

 

• Кухонний ніж — при перевищенні кута вигину ламається без деформації. Твердість близька до міцності — висока крихкість.

 

Болт при натягуванні спочатку подовжується (перевищення границі текучості), потім розривається або зривається різьба. Результат залежить від класу міцності та технології загартування.

 

 

Порівняння: вуглецева сталь vs. нержавіюча сталь

 

 

 

Таблиці навантажень для болтів М1–М48

 

Таблиця містить дані для болтів з вуглецевої сталі класів 4.6 та 8.8, а також нержавіючої сталі A2-70 та A4-80. Робоче навантаження розраховане з запасом міцності 3:1 (третина від розривного навантаження). Площа стресового перерізу As визначена за ISO 898-1.

 

Робоче навантаження (кг) = максимальне навантаження (Н) / (3 × 9,81). Значення «0» означає, що робоче навантаження менше 5 кг — застосування для силових з'єднань недоцільне.

 

 

 

 

Наведені значення розраховані для вертикального осьового навантаження (розтяг). При зрізувальних навантаженнях (поперечна сила) допустиме навантаження знижується: приймають 60–70% від розривного зусилля на розтяг. Для з'єднань із сумісною дією розтягу та зрізу — розрахунок за формулою взаємодії за ДСТУ або EN 1993.