Высокопрочные болты — маркировка и стандарты

Согласно установленным нормам ГОСТ 1759.0-87, все виды метизов поддаются обязательной маркировке. На боковую или торцевую поверхность головки болта наносятся клеймо производителя и класс прочности, а иногда и дополнительные характеристики.

Что значит класс прочности болтов

Класс прочности болта представляет собой максимальную нагрузку, которую крепежное изделие может выдержать без наступления деформации или разрыва. Существуют 11 различных классов прочности болтов (от 3.6 до 12.9), где более высокий номер соответствует большей прочности крепежа. Первое число класса обозначает номинальный предел прочности в мегапаскалях (МПа), а второе число (расположенное справа от точки) равно увеличенному в 10 раз отношению предела текучести данного болта к коэффициенту прочности на растяжение. Например, если номинальный предел прочности на растяжение составляет 800 МПа, а предел текучести равен 0.8, то такой болт будет отнесен к классу прочности 8.8.

Классы прочности и соответствующие значения временного сопротивления, твердости по Виккерсу и предела текучести можно классифицировать следующим образом:

  • Ст3кп, Ст3сп, Ст5кп, Ст5сп.
  • Ст.10, Ст.10кп, Ст.20, Ст.20кп.
  • Ст.20, Ст.20кп, Ст.35.
  • Ст.35, Ст.45, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.20Г2Р.
  • Ст.35, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.20Г2Р.
  • Ст.35, Ст.35Х, Ст.45, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.20Г2Р.
  • Ст.35Х, Ст.38ХА, С.45, Ст.45Г, Ст.40Г2, Ст.40Х, Ст.40Х Селект, Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА.
  • Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40ХНМА.

*Для болтов с номинальным диаметром до 16 мм, **для болтов диаметром более 16 мм.

Что такое временное сопротивление

Временное сопротивление обозначает предел прочности крепежного изделия, определяется как максимальное усилие (при сжатии, изгибе, скручивании, растяжении), которое может быть приложено к болту. Когда это критическое значение превышается, крепежное изделие может быть разрушено.

Твердость по Виккерсу: что это значит

Твердость по Виккерсу указывает на способность болта к сопротивлению деформациям при ударных воздействиях или при контакте с другими предметами.

Что показывает предел текучести

Предел текучести характеризует максимальную рабочую нагрузку, которую может выдержать болт. Когда этот предел превышается, начинается необратимая деформация крепежа, при этом саморазрушение может происходить даже при отсутствии увеличения нагрузки. При проектировании нагрузок на крепежные соединения рекомендуется выбирать болты, предел текучести которых вдвое больше критической нагрузки.

Особенности производства болтов разной прочности

Класс прочности болта напрямую зависит от методов его производства и применяемых материалов.

Для разных классов прочности используются следующие технологии:

  • Болты могут производиться на токарных или фрезерных станках способом точения из углеродистой стали без добавок и не подвергаются термической обработке.
  • Метизы могут быть изготовлены методом объемной штамповки на высадочных прессах. В данном случае для производства также используется углеродистая сталь без добавок, а готовый крепеж не поддается закаливанию.
  • Болты из углеродистой стали с добавлением бора, хрома и марганца для повышения эксплуатационных свойств изготавливаются методом штамповки с последующей закалкой и отпуском при температуре 425 градусов.
  • Крепеж из легированной или углеродистой стали с добавлением бора, марганца и хрома производят на автоматах холодной и горячей высадки и подвергают термообработке в электропечи при 340/425 градусов.
  • Болты из легированной стали без добавок, также полученные методом холодной и горячей высадки, подвергаются термообработке в электропечах при температуре 380 градусов.

В чем отличия легированной стали от углеродистой

Легированная сталь включает титан, молибден, вольфрам и другие добавки, которые помогают увеличить твердость, плотность структуры, прочность и термостойкость метизов. Болты, изготовленные из легированной стали, принадлежат к категории высокопрочного крепежа.

Зачем нужна термическая обработка

Процессы закалки и отпуска приводят к изменению структуры материала, что, в свою очередь, повышает предел выносливости стали, а также увеличивает износостойкость и прочность болтов.

Эксплуатация высокопрочных болтов (сферы, области и примеры)

Высокопрочные болты широко используются в таких областях, как строительство, производство дорожной техники, а также в приборостроении и машиностроении. Высокий спрос на эти метизы объясняется их универсальностью в эксплуатации — они могут применяться как в агрессивных средах, так и при экстремально низких температурах (до -60°C).

Крепежные элементы высокой прочности способны выдерживать как постоянные, так и переменные нагрузки, включая те, что связаны с перемещающимся центром тяжести, а также сильные вибрации. Благодаря этим характеристикам такие болты используются для возведения зданий, изготовления промышленного оборудования, тяжелой техники (включая военную) и специального транспортного средства узкого назначения, например, кранов и погрузчиков.

Таблица высокопрочных болтов (стандарты)

Стандарты Типоразмеры Примечания
Болты ГОСТ 7795-70 М6-М48 Вместо болтов ГОСТ 7795-62. Шестигранная уменьшенная головка, направляющий подголовок, класс точности В.
Болты ГОСТ 7796-70 М8-М48 Вместо болтов ГОСТ 7796-62. Шестигранная уменьшенная головка, класс точности В.
Болты ГОСТ 7798-70 М6-М48 Вместо болтов ГОСТ 7798-62. Шестигранная головка, класс точности В.
Болты ГОСТ 7805-70 М2-М48 Вместо болтов ГОСТ 7805-62. Шестигранная головка, класс точности А.
Болты ГОСТ 7808-70 М8-М48 Вместо болтов ГОСТ 7808-62. Шестигранная уменьшенная головка, класс точности А.
Болты ГОСТ 7811-70 М6-М48 Вместо болтов ГОСТ 7811-62. Шестигранная уменьшенная головка, направляющий подголовок, класс точности А.
Болты ГОСТ 7817-80 М6-М48 Вместо болтов ГОСТ 7817-72. Шестигранная уменьшенная головка, класс точности А, для отверстий из-под развертки.
Болты ГОСТ 10602-94 М52-М150 Вместо болтов ГОСТ 10602-72. Шестигранная головка, класс точности В, диаметр резьбы более 48 мм.
Болты ГОСТ 15589-70 М6-М48 ГОСТ был введен впервые. Шестигранная головка, класс точности С.
Болты ГОСТ 15590-70 М6-М48 ГОСТ был введен впервые. Шестигранная уменьшенная головка, направляющий подголовок, класс точности С.
Болты ГОСТ 15591-70 М6-М48 ГОСТ был введен впервые. Шестигранная уменьшенная головка, класс точности С.
Болты ГОСТ 18125-72 М52-М160 Вместо болтов ГОСТ 10603-63, ГОСТ 10604-63. Шестигранная уменьшенная головка, класс точности А и В, диаметр резьбы более 48 мм.
Болты ГОСТ 22353-77 М16-М48 ГОСТ был введен впервые. Шестигранная головка, класс точности В.
Болты ГОСТ Р 52644-2006 М16-М48 ГОСТ был введен впервые. Шестигранная головка, увеличенный размер под ключ, для металлических конструкций.
Болты ОСТ 26-2037-96 М16-М48 Вместо болтов ОСТ 26-2037-77, ОСТ 26-01-566-72. Шестигранная головка, для фланцевых соединений.
Болты ОСТ 37.001.123-96 М6-М16 Шестигранная уменьшенная головка.

На рынке высокопрочных болтов присутствует не так много производителей, так как для их изготовления требуется высококачественное сырье, а технологии производства являются достаточно сложными. Сталь, из которой изготавливаются высокопрочные болты, должна соответствовать множеству требований и стандартов. Большинство заводов по производству таких крепежей имеют собственные конструкторские отделы, что позволяет разрабатывать нестандартные индивидуальные заказы, особенно для классов прочности 12.9 и выше. Кроме того, эти предприятия обычно оснащены лабораториями контроля качества для тщательной работы с сырьем и тестирования готовой продукции.

Как расшифровываются и какие бывают классы прочности?

Согласно существующей классификации, болты, относящиеся к классу прочности 8.8 и выше, считаются особенно прочными. Резьбовые метизы могут иметь еще более высокие классы прочности — 9.8, 10.9, 12.9. Существуют даже сверхпрочные болты, максимальный класс прочности для которых составляет 14.9. Это означает, что чем выше класс прочности метизного изделия, тем оно более прочное и способно выдерживать значительные нагрузки.

Класс прочности обычно отображается на болтах в виде цифр, которые имеют определенное значение:

  • Первая цифра обозначает предельный параметр — максимальный уровень нагрузки на растяжение. Этот параметр указывает, при какой нагрузке крепеж может разорваться. Чтобы получить значение в МПа или Н/мм², требуется разделить цифру на 0,01. Например, для высокопрочного болта класса 8.8 значение этого параметра составит 8/0,01=800 МПа или Н/мм².
  • Вторая цифра указывает на напряжение, которое болт способен выдерживать до появления искривления под воздействием нагрузки. Этот параметр также известен как предел текучести. Для его вычисления необходимо перемножить первую цифру на вторую, а затем результат еще раз умножить на 10. Например, для болта класса прочности 9.8 значение составит: 9*8*10=720 МПа или Н/мм².

Коэффициент предела текучести, который наносят на высокопрочные болты, после расчета обычно уменьшается с помощью умножения на 0,5 или 0,3. Это делается для создания прочностного запаса, который обеспечивает надежность соединения и высокую прочность крепежа. Параметры, использующиеся в обозначении высокопрочных болтов, должны соответствовать характеристикам, указанным в технической документации.

Марки стали для производства высокопрочных болтов

Для производства высокопрочных болтов используют специальные марки стали. Обычно это конструкционные и легированные марки стали. Для повышения прочности в их состав добавляют специальные компоненты. Чтобы обеспечить необходимые физико-химические свойства крепежа, его часто подвергают термообработке.

Вот некоторые основные марки стали, используемые для изготовления высокопрочных болтов:

  • конструкционные углеродистые стали, например, 35 и 40;
  • легированные стали с добавками хрома, фосфора, марганца и другими элементами, такие как 38ХА, 30ХГСА, 35ХГСА, 40ХН2МА, 38ХГНМ;
  • слаболегированные стали с добавлением бора.

Для повышения стойкости к внешним воздействиям болты могут покрываться защитными составами. Наиболее распространенным является цинковое покрытие, которое может быть нанесено как горячим, так и электролитическим методом. После обработки болты получают устойчивость к коррозии и влаге. Перед установкой изделия необходимо смазать защитными веществами.

Стандарты ГОСТ и DIN на высокопрочный крепеж

Современные высокопрочные болты производятся как отечественными, так и европейскими и азиатскими компаниями. Если качество китайского крепежа вызывает сомнения у потребителей, то российская и европейская продукция пользуется высоким спросом. В большинстве зарубежных стандартов DIN и EN прописано требование использовать болтокомплекты (т.е. болт, гайка, шайба в одной упаковке) от одного производителя. В российской нормативной документации таких правил нет. Также в наших документах отсутствуют требования по виду защитного покрытия, в то время как европейские метизы обычно оцинкованы горячим методом.

Таблица 2. Сравнение стандартов высокопрочного крепежа в России и Европе.

Национальные стандарты РФ Европейские стандарты
ГОСТ Р 52643-2006 Общие технические условия DIN EN 14399-1:2006 Общие требования
ГОСТ Р 52644-2006 (ИСО 7411:1987) Болты DIN EN 14399-2:2006 Проверка пригодности к предварительным натяжениям
ГОСТ Р 52645-2006 (ИСО 4775:1984) Гайки DIN EN 14399-4:2006 Гарнитуры из болтов и гаек. Система HV
ГОСТ Р 52646-2006 (ИСО 7415:1984) Шайбы DIN EN 14399-5:2006 Шайбы
DIN EN 14399-6:2006 Шайбы с фаской

Основные виды высокопрочных болтов, винтов и шпилек, используемые в России в строительстве и машиностроении, описаны в указанных стандартах. Они относятся к шестигранным болтам высокой прочности (БВП), разработанным для применения в монтаже строительных металлических конструкций и мостостроении, а также в тяжелом машиностроении для создания соединений, подвергаемых высоким нагрузкам. Диаметр для выпускаемых метизов варьируется от М16 до М48.

  • ГОСТ 7798, ГОСТ 7805, DIN 933, DIN 931, ISO 4014, ISO 4017

Стандарты на БВП с нормальной шестигранной головкой, полной и неполной резьбой используются для скрепления деталей и элементов конструкций в автомобилестроении, а также в других производственных и строительных областях. Они имеют широкий диапазон размеров от М3 до М64 и могут выпускаться как без покрытия, так и со специальным оцинкованием различными методами (гальваническим, термодиффузионным, горячим). Аналоги с мелкой резьбой: DIN 960, DIN 961.

В соответствии с указанными стандартами производятся винты с внутренним шестигранником и цилиндрической головкой. Они находят применение в разнообразных отраслях промышленности. Винты, сертифицированные по стандартам DIN и ISO, имеют больший ассортимент размеров и изготавливаются только в высоких классах прочности (8.8, 10.9, 12.9), в то время как ГОСТ допускает их производство и в низших классах, но ограниченного диаметра от М3 до М36.

Эти стандарты описывают требования к откидным винтам (болтам) с ушком и метрической резьбой, диаметром от М5 до М36. Такие винты используют в станочных приспособлениях или как соединительные элементы в машиностроении и совместно с строительными анкерами с внутренней резьбой.

Данные стандарты также устанавливают требования к размерам, длине, шагу и типу резьбы резьбовых шпилек (штанг). Высокопрочные шпильки, в границах прочности 800…1200 Нм, имеют фиксированную длину 1000 или 2000 мм и диаметры от М4 до М48. Они применяются в машиностроении, строительстве и при монтаже кабельно-трубных эстакад.

Все вышеописанные метизы производятся в черном исполнении (под последующую покраску) и могут быть оцинкованы различными методами.

Усилие затяжки высокопрочных болтов

Усилие затяжки высокопрочных болтов

При установке болтов БВП важно учитывать характер соединения: бывает сдвигоустойчивым (фрикционным) или с несущими болтами. В первом случае соединение затягивается до требуемых проектных величин с применением динамометрических ключей для обеспечения необходимых усилий трения между соединяемыми элементами. Момент затяжки — это усилие, приложенное к гайке или головке винта, создающее в теле метиза контролируемое натяжение. Для расчета значений момента затягивания и усилия предварительной затяжки используются специальные справочные таблицы.

Таблица 3. Нормы затяжки болтов (при коэффициенте трения 0,14)

Диаметр резьбы, мм Шаг резьбы, Р Площадь сечения As, мм Усилие предварительной затяжки Q, кН Крутящий момент Мкр, кН
8.8 10.9 12.9 8.8 10.9 12.9
М4 0,7 8,78 4,3 6,3 7,4 3,3 4,8 5,6
М5 0,8 14,2 7 10,3 12 6,5 9,5 11,2
М6 1 20,1 9,9 14,5 17 11,3 16,5 19,3
М8 1,25 36,6 8,1 26,6 31,1 27,3 40,1 46,9
М10 1,5 58 28,8 42,2 49,4 54 79 93
М12 1,75 84,3 41,9 61,5 72 93 137 160
М14 2 115 57,5 84,4 98,8 148 218 155
М16 2 157 78,8 115,7 135,4 230 338 395
М18 2,5 193 99 141 165 329 469 549
М20 2,5 245 127 181 212 464 661 773
М22 2,5 303 158 225 264 634 904 1057
М24 3 353 183 260 305 798 1136 1329
М27 3 459 240 342 400 1176 1674 1959
М30 3,5 561 292 416 487 1597 2274 2662
М33 3,5 694 363 517 605 2161 3078 3601
М36 4 817 427 608 711 2778 3957 4631
М39 4 976 512 729 853 3597 5123 5994

Размеры и вес

Легко определить размеры и вес болтов, изучив таблицу ниже:

Габариты под ключ

Для болтов М24 ключевые параметры таковы:

  • высота головки — 15 мм;
  • габарит под ключ – 36 мм;
  • шаг резьбы – 2 или 3 мм;
  • длина – от 60 до 150 мм.

Для болтов М27 эти параметры составляют:

  • высота — 17 мм;
  • габарит под ключ – 41 мм;
  • шаг резьбы – 2 или 3 мм;
  • длина – от 80 до 200 мм соответственно.

Эксплуатация

Подготовка

Специалисты уже в 1970-х годах заметили, что даже высокопрочные крепежные изделия нуждаются в тщательном мониторинге в первые 1-3 года эксплуатации. В этот период существует вероятность появления дефектов, даже при отсутствии видимых внешних нагрузок. Поскольку это так, подготовка перед началом использования этих метизов должна быть очень тщательной. Перед применением метизы необходимо расконсервировать, очищая их от грязи и ржавчины. Также дополнительно стоит обработать резьбу на отобранных болтах и гайках и обновить слой смазки.

Подготовка может проводиться двумя различными методами. Один из них включает использование решетчатой емкости (в мелких размерах подойдет простое ведро, в котором пробивают гвоздем дыры). В сосуде кипятят воду с добавлением любого моющего средства. Можно использовать даже порошок для стирки ручками.

Как только точки кипения будут достигнуты, туда помещают емкость и держат в таком положении от 10 минут до одной четверти часа.

После слива воды высокопрочные болты нужно будет на 60-120 секунд окунуть в раствор, состоящий из 85% бензина и 15% автола. С разогретых метизов углеводороды быстро испарятся, а специальное масло равномерно рассеется по поверхности. Это обеспечит коэффициент затяжки на уровне 0,18. Если нужно снизить этот коэффициент до 0,12, потребуется применение парафинирования. Процесс очистки в этом случае происходит стандартным способом. Следующий этап — поместить гайки в жидкий парафин на 10-15 минут; затем необходимо дать лишнему реагенту стечь.

Крепление

Если планируется установка болтового соединения, которое может быть впоследствии разобрано, рекомендуется составить специальный проект, в котором будут учтены все проектные нагрузки. Сначала необходимо проверить все конструкции и уточнить, соответствуют ли они шаблону проекта и требованиям СНиП III-18-75. Затем отверстия совмещаются, после чего все части соединяются с придачей монтажных пробок. Далее следует:

  • ввести крепежи в свободные (не закрытые) каналы;
  • проверить линейные параметры собранных элементов;
  • плотно зажать пакет;
  • натянуть болты до усилия, указанного в проекте;
  • убрать заглушки;
  • вставить оставшийся крепеж в освободившиеся проходы;
  • доделать их натяжение до нужного усилия.

Перепады толщины элементов, измеренные с помощью щупа и накладки, могут составлять максимум 0,05 см. Если этот перепад превышает 0,05 см, но не более 0,3 см, то плавный изгиб можно добиться с помощью сглаживания наждачным камнем. Эта процедура производится на участке в пределах 3 см от линии реза детали. Уклон не должен быть больше 1 к 10.

При расчете длины использованных болтов следует учитывать толщину пакета. При сверлении отверстий на обработанных поверхностях для установки болтов используются только специализированные охладители без масла. Важно помнить: везде, где должны применяться высокопрочные болты, не допускается использовать другие виды крепежа, даже на этапе сборки. Это могло бы свести на нет все усилия по повышению прочности соединения. Каждой затяжке требуется фиксация с помощью двух шайб увеличенной прочности: одна – под болтовой головкой, а другая – под гайкой.

Гайки необходимо затягивать с силой, указанной в проекте. Другие методы фиксации не требуются. На момент установки болта гайки должны свободно поворачиваться по резьбе при воздействии руки. Если это условие не выполняется, проблемный крепеж подлежит замене, а некачественные изделия требуют повторной процедуры подготовки.

Оцените статью
Добавить комментарий