Прочность болтов: из углеродистой стали и нержавеющей стали

 

Резьбовые соединения являются наиболее востребованным решением в машиностроении, строительстве, мебельном деле и многих других отраслях промышленности. В отличие от сварки и заклёпок, болты и винты имеют опцию регулировки нагрузки и прижима, а также последующего демонтажа. В каждом конкретном случае необходимо подбирать болты с характеристиками, соответствующими условиям задачи.

 

 

Маркировка на головке болта

 

Сертифицированная продукция маркируется набором символов, нанесённых штамповкой, травлением или лазером. Минимальный набор обозначений включает:

 

• Клеймо производителя — сокращённое или полное название, начальная буква, товарный знак.

 

• Стрелка — указывает направление вкручивания (влево — нестандартная левая резьба).

 

• Класс прочности — ключевой параметр выбора: предел нагрузки на разрыв.

 

Для нержавеющего крепежа маркировка дополняется буквенно-цифровым обозначением: A2-70, A4-80. Цветовая кодировка: A2 — зелёный, A4 — красный.

 

 

Расшифровка класса прочности болтов (ISO 898-1)

 

Класс прочности — это две цифры через точку, в которых зашифрованы предел прочности и предел текучести материала:

 

• Первая цифра × 100 = предел прочности σв (МПа). Пример: 8 → 800 МПа.

 

• Первая × вторая × 10 = предел текучести σ0,2 (МПа). Пример: 8.8 → 8×8×10 = 640 МПа.

 

• Вторая цифра / 10 = отношение σ0,2 / σв. Пример: 8.8 → 640/800 = 0,8 = 80%.

 

Предел текучести — это нагрузка, при которой болт начинает деформироваться без возможности восстановления формы. При проектировании расчёты делаются с запасом: рабочая нагрузка не превышает 50% предела текучести. В ответственных промышленных соединениях применяются болты не ниже класса 8.8.

 

 

 

 

 

 

Классы прочности нержавеющего крепежа (ISO 3506)

 

Для нержавеющего крепежа действует стандарт ISO 3506, отдельный от ISO 898-1. Обозначение: буква A (аустенитная сталь) + цифра (класс стали) + тире + цифра (минимальный σв × 10). Наиболее распространены A2-70 и A4-80.

 

 

 

 

Стандартное значение предела текучести нержавеющей стали A2 и A4 составляет 250–300 Н/мм². Растяжение при нагрузках — 10–40%, что обеспечивает хороший запас пластичности по сравнению с высокопрочными углеродистыми болтами классов 10.9 и 12.9.

 

 

Твёрдость металла

 

Под твёрдостью подразумевается способность изделия противостоять внешнему механическому воздействию более твёрдого тела с сохранением целостности поверхности, формы и размера. В России принята система Бринелля, где твёрдость измеряется в кгс/мм² (HB). Европейский стандарт — твёрдость по Виккерсу (HV).

 

Практический пример для понимания разницы «прочность vs. твёрдость»:

 

• Столовая вилка из нержавейки — при изгибе деформируется, не трескаясь. Прочность значительно превышает твёрдость — высокая пластичность.

 

• Кухонный нож — при превышении угла изгиба ломается без деформации. Твёрдость близка к прочности — высокая хрупкость.

 

Болт при натяжении сначала удлиняется (превышение предела текучести), затем разрывается или срывается резьба. Результат зависит от класса прочности и технологии закалки.

 

 

Сравнение: углеродистая сталь vs. нержавеющая сталь

 

 

 

 

Таблицы нагрузок для болтов М1–М48

 

Таблица содержит данные для болтов из углеродистой стали классов 4.6 и 8.8, а также нержавеющей стали A2-70 и A4-80. Рабочая нагрузка рассчитана с запасом прочности 3:1 (треть от разрывной нагрузки). Площадь стрессового сечения As определена по ISO 898-1.

 

Рабочая нагрузка (кг) = максимальная нагрузка (Н) / (3 × 9,81). Значение «0» означает, что рабочая нагрузка менее 5 кг — применение для силовых соединений нецелесообразно. При нагрузках, близких к максимальным, обязателен расчёт с учётом коэффициента запаса прочности по требованиям проекта.

 

 

 

 

Приведённые значения рассчитаны для вертикальной осевой нагрузки (растяжение). При срезающих нагрузках (поперечная сила) допустимая нагрузка снижается: принимают 60–70% от разрывного усилия на растяжение. Для соединений с совместным действием растяжения и среза — расчёт по формуле взаимодействия по ГОСТ или EN 1993.