Высокопрочные болты — маркировка, стандарты, правила монтаж

Маркировка высокопрочных болтов

Существует много классификаций, в которых приняты различные обозначения высокопрочных болтов. Но наиболее значимая характеристика, по которой их различают и делят на группы, это прочность болтов по отношению к физическому давлению. Стойкость к такому воздействию характеризует функциональный потенциал метиза и его срок службы. Она также распространяется на способность крепежного соединения противостоять изменениям температуры и другим явлениям искусственного и природного характера.

Вот некоторые из используемых обозначений:

Класс прочностиМатериал изготовленияОсновные типоразмеры

Болты класса прочности 8.8	40Х	М30-М64
40ХН2МА	М30-М64
40ХН	М30-М64
Болты класса прочности 10.9	40Х	М12-М36
40ХН2МА	М24-М48
Болты класса прочности 12.9	40Х	М12-М30
40ХН2МА	М24-М36

Метизы, имеющие класс прочности 8.8, производятся из закаленной стали и подходят для большинства строительных и монтажных работ. Болты более высокого класса прочности рассчитаны не только на постоянную нагрузку, но и на переменное давление, поэтому применяются в конструкциях повышенной сложности, а также там, где планируется регулярный монтаж и демонтаж отдельных элементов.

Характеристики болтов при учете класса прочности

Сам по себе класс прочности не является единственно важным критерием оценки крепежных элементов. Необходимо понимать, что скрывается за этой маркировкой. Крепеж низкой прочности чаще всего применяются при установке козырьков в коттеджах и частных домах, а высокопрочные болты (6.6 и выше) лучше всего подходят для использования в строительных целях (возведение мостов, жилых и производственных объектов, железнодорожных путей, кранов). Класс прочности показывает, выдерживает ли выбранный крепеж несущую силовую нагрузку, что может быть важным при работе со сложными металлическими конструкциями. Ниже в таблице указаны классы прости болтов, а также дана полная расшифровка понятий для понимания механических свойств крепежей по ГОСТ:

1. Временное сопротивление – это показатель максимальной силы, которую может выдерживать крепеж без разрушений (характерен для разных способов механического воздействия, например, для сжатия);
2. Твердость по Виккерсу – это показатель соотношения силы вдавливания к площади поверхности объекта при действии на нее силы, то есть этот критерий определяет устойчивость крепежного элемента к деформации при соприкосновении с другими конструкциями или элементами;
3. Предел текучести – это показатель максимальной рабочей нагрузки на крепеж, и при достижении критической нормы происходит деформация элемента без каких-либо изменений нагрузки, то есть саморазрушение.

Класс прочности	Временное сопротивление, МПа	Твердость по Виккерсу, HV	Предел текучести, МПа
3.6	300 – 330	95 – 250	180 – 190
4.6	400 – 400	120 – 250	240
4.8	400 – 420	130 – 250	320 – 340
5.6	500	155 – 250	300
5.8	500 – 520	160 – 250	400 – 420
6.6	600	190 – 250	360 – 480
6.8	600	190 – 250	640
8.8	800 – 830	250 – 335	640 – 660
9.8	900	290 – 360	720
10.9	1000 – 1040	320 – 380	900 – 940
12.9	1200 – 1220	385 – 435	1080 – 1100

Если точно определить эксплуатационные свойства товара, то можно повысить качество работ, выбрав более подходящий крепежный элемент. А это в свою очередь играет важную роль в строительстве, при возведении жилых зданий и работе с несущими конструкциями, где за надежность отвечает правильный выбор крепежей.

Нанесение обозначений классов прочности на крепёжные изделия

Маркировке подлежат: 

• Болты с шестигранной головкой; 

• Винты с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником; 

• Шпильки; 

• Гайки.

Критерии выбора высокопрочного крепежа

• Тип, размер и класс прочности крепежных изделий должен соответствовать проектной документации.
• Замену одних деталей крепления на другие вправе производить только специалист после проведения соответствующих нормативных расчетов.
• Крепежные изделия должны быть равны или превышать по прочности материал конструкции.
• Несущая способность БВП должна соответствовать поставленной задаче, а антикоррозийная защита соответствовать эксплуатационным условиям.
• Необходимо учитывать совместимость металла конструкции и метиза во избежание гальванической коррозии.
• Не стоит покупать высокопрочные метизы у поставщиков с сомнительной репутацией.
• Перед покупкой желательно провести визуальный контроль для выявления возможных дефектов.

Высокопрочные болты, винты и шпильки – это особый вид метизов, на которые возлагается большая ответственность за надежность и долговечность автомобилей, станков, грузоподъемной техники, мостов, эстакад, портовых сооружений, спортивных арен, других масштабных строительных объектов. сотрудничает только с ответственными производителями, на предприятиях которых исследуется состав поступающего сырья, а каждая партия готового крепежа проходит испытания, установленные действующими стандартами. Кроме того, в собственной лаборатории «Крепком» осуществляется входной контроль поступающей продукции на соответствие стандартным прочностным показателям.

Стандарты ГОСТ и DIN на высокопрочный крепеж

Сегодня “высокопрочка” поступает на рынок от отечественных, европейских и азиатских производителей. И если качество китайского крепежа вызывает недоверие у потребителей, то российский и европейский продукт пользуется большим спросом. Во многих зарубежных нормативах DIN, EN прописано использование болткомплектов (болт, гайка, шайба в сборе) от одного производителя. В наших документах нет таких правил. Нет в них и требований по виду защитного покрытия, тогда как европейские метизы оцинковываются, как правило, горячим методом.

Таблица 2. Стандарты на высокопрочный крепеж 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 строительными компаниями и машиностроительными предприятиями:

• ГОСТ 52644, ГОСТ 22353, DIN 6914, ISO 7412

Перечисленные стандарты распространяются на шестигранные болты высокой прочности (БВП), разработанные для использования при монтаже строительных металлоконструкций из стали, а также в мостостроении и тяжелом машиностроении для создания высоконагруженных соединений. Размерный ряд ограничен диаметрами М16 – М48. Выпускаются в климатическом исполнении «У» и «ХЛ»

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

Стандарты на БВП с нормальной шестигранной головкой, полной и неполной резьбой, используемые для скрепления деталей и элементов конструкций в автомобилестроении, других производственных и строительных областях. Имеют широкий диапазон диаметров от М3 до М64. Выпускаются без покрытия или оцинкованными разными способами (гальваническим, термодиффузионным, горячим). Аналоги с мелкой резьбой – DIN 960, DIN 961.

• DIN 912, DIN 6912, ГОСТ 11738, ISO 4762

По данным стандартам изготавливаются винты с внутренним шестигранником и головкой в форме цилиндра, которые используются в самых разных отраслях промышленности. Винты DIN, ISO имеют более длинный перечень размеров, выпускаются только в высоких классах прочности 8.8, 10.9, 12.9, тогда как ГОСТ допускает их изготовление и низких классов, но ограниченного диаметра от М3 до М36.

• DIN 444, ГОСТ 3033-79

Настоящие стандарты описывают требования к откидным винтам (болтам) с ушком и метрической резьбой диаметром от М5 до М36, которые применяются в станочных приспособлениях, в качестве детали соединения в машиностроении или совместно со строительными анкерами с внутренней резьбой.

• DIN 975, DIN 976

Данные стандарты регламентируют размеры, длину, шаг и тип резьбы резьбовых шпилек (штанг). К высокопрочным относят шпильки с границей прочности 800…1200 Нм. Они имеют фиксированную длину 1000 или 2000 мм, диаметр от М4 до М48. Применяются в машиностроении, строительной отрасли, при монтаже кабельно-трубных эстакад.

Все вышеперечисленные метизы изготавливаются в черном исполнении (под покраску) и оцинкованном различными способами.

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:

1. По временному сопротивлению на растяжение: 1-ю цифру в обозначении класса прочности умножают на 100, затем умножают на 2-ю цифру, результат делят на 10. Так, для метизов группы 5.8 σт=400 МПа (5х100х8:10=400).
2. По классу прочности: 1-ю и 2-ю цифры умножают друг на друга, затем на 10. Для категории 5.8: σт=400 МПа (5х8х10=400).

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.

Плюсы и минусы соединения по резьбе

К числу преимуществ, обуславливающих востребованность в быту и промышленности изделий с нанесенной резьбой, относят:

• Универсальность и надежность.
• Прочностные характеристики.
• Устойчивость к осевым и поперечным нагрузкам.
• Простоту монтажа и разбора.
• Доступную стоимость организации работ.

Из недостатков можно отметить разве что повышенное напряжение на участке профиля впадины, обуславливающее необходимость грамотного выбора методики нанесения маркировки. Соответствие нагрузок сокращает риск произвольного откручивания или разрыва.

Классы прочности резьбовых крепежных изделий

Класс прочности гаек, винтов, болтов и шпилек определен их механическими свойствами. По ГОСТ 1759.4-87 (ISO 898.1-78) предусмотрено разделение крепежных элементов по классам их прочности на 11 категорий: 3.6; 4.6; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.

Правила расшифровки класса прочности болтов достаточно просты. Если первую цифру обозначения умножить на 100, то можно узнать номинальное временное сопротивление или предел прочности материала на растяжение (Н/мм2), которому соответствует изделие. К примеру, болт класса прочности 10.9 будет иметь прочность на растяжение 10/0,01 = 1000 Н/мм2.

Умножив второе число, стоящее после точки, на 10, можно определить, как соотносится предел текучести (такое напряжение, при котором у материала начинается пластическая деформация) к временному сопротивлению или к пределу прочности на растяжение (выражается в процентах). Например, у болта класса 9.8 минимальный предел текучести составляет 8 × 10 = 80%.

Болт с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником

Предел текучести – это такое значение нагрузки, при превышении которой в материале начинаются не подлежащие восстановлению деформации. При расчете нагрузок, которые будут воздействовать на резьбовой крепеж, закладывается двух- или даже трехкратный запас от предела текучести.

Высокопрочные болты, временное сопротивление у которых равно или больше 800 МПа, используются не только для крепления элементов крановых конструкций, но и при строительстве мостов, при производстве сельскохозяйственной техники, в железнодорожных соединениях и для решения ряда других задач. Высокопрочные болты соответствуют классу 8.8 и выше, а гайки — 8.0 и выше.

Параметром, который определяет, какой класс прочности будет у болтов, является не только марка стали, но и технология, по которой они изготовлены. Болты, относящиеся к категории высокопрочных, преимущественно изготавливаются по технологии высадки (холодной и горячей), резьбу на них формируют накаткой на специальном автомате. После изготовления они подвергаются термообработке, затем на них наносится специальное покрытие.

Болт с шестигранной головкой и фланцем

Автоматы по холодной и горячей высадке, на которых изготавливаются болты высоких классов прочности, могут быть различных марок, некоторые модели позволяют производить от 100 до 200 изделий в минуту. Сырьем для производства является проволока из низкоуглеродистой и легированной стали, содержание углерода в которой не превышает 0,4%.

Основными марками стали, используемыми для производства таких крепежных элементов, являются 10КП, 20КП, 10, 20, 35, 20Г2Р, 65Г, 40Х. Требуемые механические свойства этим высокопрочным болтам придаются и при помощи термической обработки, проводимой в электропечах, в которых создается специальная защитная среда (с ее помощью удается избежать обезуглероживания стали).

Разные типы болтов изготавливаются и из углеродистой стали, при этом получаются изделия, относящиеся к разным классам прочности. Применяя различные технологии изготовления и термическую обработку (закалку), из одной марки стали можно получать болты, относящиеся к разным классам прочности.

Рассмотрим, к примеру, сталь 35, из которой можно изготовить болты следующих классов прочности:

• 5.6 — болты изготавливают на токарных или фрезерных станках методом точения;
• 6.6 и 6.8 — такие крепежные элементы изготавливают по технологии объемной штамповки, для чего используют высадочные прессы;
• 8.8 — такой класс прочности можно получить, если подвергнуть болты закалке.

Основные марки стали, применяемые при производстве болтов

Приведенная таблица позволяет ознакомиться с наиболее популярными марками сталей, используемыми для производства крепежных изделий. Если к характеристикам последних предъявляются особые требования, то в качестве материала изготовления выступают и другие марки сталей.

Классификация болтов, относящихся к категории высокопрочных, включает в себя узкоспециализированные изделия, используемые в отдельных отраслях промышленности. Характеристики таких узкоотраслевых крепежных элементов оговариваются отдельными нормативными документами.

Так, требования к высокопрочным болтам, головка «под ключ» у которых имеет увеличенные размеры, используемым при возведении мостов, оговариваются советским ГОСТ 22353-77 (ГОСТ Р 52644-2006 — российский стандарт). Прочность, указанная в этих нормативных документах, соответствует временному сопротивлению на разрыв (кгс/см2). Фактически этот показатель соответствует границам прочности.

Классификация болтов узкоспециализированного назначения также подразумевает их разделение по вариантам исполнения. Так, различают следующие категории болтов.

1. Виды болтов с исполнением «У», которые могут эксплуатироваться при температурах, доходящих до –40 градусов Цельсия. Что важно, буква «У» не указывается в обозначении таких изделий.
2. Изделия с исполнением «ХЛ», которые могут использоваться в еще более жестких температурных условиях: от –40 до –65 градусов Цельсия. В обозначении таких изделий указывается класс их прочности, после которого следуют буквы «ХЛ».

Параметры высокопрочных болтов

В таблице указаны параметры, которым соответствуют высокопрочные болты. Для того чтобы изготовить крепежные элементы с еще более высокими прочностными характеристиками, используются следующие сорта сталей: 30Х3МФ, 30Х2АФ, 30Х2НМФА.

Физико-механические свойства высокопрочного крепежа из аустенитных сплавов

Важнейшие механические характеристики аустенитных (нержавеющих) сплавов:

Какие механические характеристики имеют метизы (в частности болты) из стали марок А2 и А4, в зависимости от класса прочности, показано в следующей таблице:

Если сравнивать механические качества болтов из нержавеющей стали с углеродистыми метизами, то картина будет примерно такая:

Отсюда понятно, что при близких прочих величинах, граница текучести у антикоррозионных сталей ниже. Значит их пластичность выше, поэтому нержавеющие болты либо шпильки не крошатся при увеличении размера предельно возможного затяжного усилия, а также при возникновении изгибающего давления сбоку. Завышенные нагрузки обычно приводят к поломке крепежа из обычной стали, тогда как у аустенитного изделия, в крайнем случае, только сорвется резьба.

Какие обозначения наносятся на нержавеющие болты

А вот в случае с метизами, для изготовления которых применяются аустенитные стали, буквенно-числовой код будет отличаться от предыдущего варианта. Подобные изделия обычно маркируются как А2-50 или А4-60, с возможным добавлением клейма производителя в начале. Буква А и число после нее характеризует конкретную марку сплава, тогда как вторая группа цифр представляет собой значение, равное одной десятой предела прочности, установленного для моделей углеродистого типа. Так, нанесенный на креплениях маркер А4-80 будет свидетельствовать, что они изготовлены из нержавеющего материала с добавлением молибдена, и способны выдержать механическую нагрузку до 800 Мпа, соответствуя по своим характеристикам элементам из углеродной стали категории 8.8.

Особенности маркирования высокопрочных метизов

Крепежи, относящиеся к классу 8.8 (либо выше), представляют группу прочных элементов, в отношении которых предъявляются особые требования. Это касается и буквенно-числовых обозначений — так, в соответствии с ГОСТ от 2006 г. маркировка на шляпке болтов из углеродистой стали будет выглядеть как W11.14 8.8S ХЛ, где:

• W — клеймо завода-изготовителя.
• 11.14 — номер партии плавки.
• 8.8 — параметр, в котором произведение первой цифры и 100 дает величину предельной нагрузки для резьбы, тогда как второе число обозначает десятикратно увеличенное соотношение пределов текучести и прочности.
• S — соответствие категории высокопрочных креплений с большой шестигранной головкой.
• ХЛ — допустимость эксплуатации при низких температурах.

Таким образом, расшифровка значений, используемых при маркировке, также не представляет особой сложности — даже с учетом различий между старым и новым стандартами.

Эксплуатация высокопрочных болтов (сферы, области и примеры)

Применение высокопрочных болтов часто встречается в таких сферах как строительство, изготовление дорожной техники, приборо- и машиностроение, а также других областях, связанных с производством. Высокий спрос на них обусловлен тем, что такие метизы практически не имеют ограничений по эксплуатации и применяются и в токсичных агрессивных средах, и при низких температурах (до −60С).

Высокопрочные крепежные элементы выдерживают как постоянные нагрузки, так и переменные, с перемещаемым центром тяжести, и даже сильные вибрации. Поэтому с помощью этих метизов строят здания, изготавливают промышленную аппаратуру, тяжелую технику (в том числе и военную) и спецтранспорт узкого назначения (краны, погрузчики и т. п.).

Соединение болтов с помощью резьбы

Классификация резьб:

• метрическая;
• дюймовая;
• трубная цилиндрическая;
• коническая;
• прямоугольная;
• трапецеидальная;
• упорная;
• стандартизированная круглая.

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:

• надежность;
• многофункциональность;
• технологичность;
• возможность регулировки силы сжатия;
• наличие широкой номенклатуры изделий.

Недостаток – склонность к самоотвинчиванию.

Что значат цифры маркировки на болтах?

Ну а что же обозначают цифры на болтах?  Как мы уже говорили, для болтов из  из углеродистой стали они показывают класс прочности болта.

Сейчас мы очень глубоко не будем разбираться в классификации прочности болтов, потому что на эту тему написана отличная большая статья, в которой все рассмотрено подробнейшим образом.

Отметим только, что в маркировке класс прочности болта обозначается  двумя цифрами, которые написаны через точку. Например, на болтах мы можем видеть цифры: 3.6, 8.8, 10.9, 12.9 и т.п.

Первая цифра показывает нам нагрузку, которую может выдержать резьбовое соединение. Точнее — одну сотую номинальной величины предела прочности болта  на разрыв, измеренную в МПа.

Перевод единиц измерения: 1 Па = 1Н/м2; 1 МПа = 1 Н/мм2 = 10 кгс/см2.

Иными словами, если на болте написано 8.8 — то цифра 8 обозначает, что предел прочности этого болта на разрыв равняется 8 х 100 = 800 МПа. Или 800 МПа = 800 Н/мм2 = 80 кгс/мм2

Вторая цифра  показывает нам отношение предела текучести к пределу прочности, умноженному на 10. Из пары цифр можно узнать предел текучести материала. Для этого нужно умножить обе цифры, и еще умножить их на 10. То есть: 8 х 8 х 10 = 640 Н/мм2

Чтобы было совсем понятно, рассмотрим еще один пример. Если на болте стоит маркировка класса прочности 5.8, то у этого болта предел прочности на разрыв = 500 Н/мм2. А предел текучести = 5*8*10=400 Н/мм2)

Обратите внимание!

Значение предела текучести — это и есть максимальная рабочая нагрузка болта!

При расчетах болтового соединения по заданной нагрузке используют коэффициент 0,5-0,6 от предела текучести.

Например, Болт М14 с классом прочности 8.8 имеет диаметр тела около 12 мм и площадь сечения около 1 см2.

Тогда предел прочности на разрыв составит 8 тонн, предел текучести 6,4 тонны, а расчетная нагрузка — 6,4 х 0,5 = 3,2 тонны.

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.

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 введен впервые. Шестигранная головка, класс точности С.
Болты ГОСТ 15590-70	М6-М48	ГОСТ введен впервые. Шестигранная уменьшенная головка, направляющий подголовок, класс точности С.
Болты ГОСТ 15591-70	М6-М48	ГОСТ 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 введен впервые. Шестигранная головка, класс точности В.
Болты ГОСТ Р 52644-2006	М16-М48	ГОСТ 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.

Производителей высокопрочных болтов не так много, поскольку для изготовления этих метизов необходимо сырье высокого качества, а технологии производства сложны. Сталь высокопрочных болтов должна отвечать большому списку требований и ограничений. Большинство заводов по производству таких крепежей имеют собственные конструкторские отделы для разработки нестандартных индивидуальных заказов, особенно под класс прочности 12.9. Кроме того, такие предприятия обычно снабжены лабораториями контроля качества для тщательной работы с сырьем и тестирования готовой продукции.

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:

• низкой прочности – из Ст 10, 20;
• средней – из стали до 0,4% углерода (У4);
• высокой – из конструкционных низко-, среднеуглеродистых и легированных сталей с упрочняющими добавками.

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.

Применение

Активное развитие вопроса высокопрочного крепежа пришлось на середину XX века. Именно в этот период инженеры ФРГ, Великобритании и США стали массово использовать болтовые соединения взамен заклепочных при сборке металлоконструкций.

Переход на высокопрочные болты в промышленном и гражданском строительстве после 60х годов стал уже массовым. С помощью такого решения возводили мосты, защитные и опорные сооружения, укрепления горных разработок, высотные и заводские здания, в том числе — комплекс атомного центра в Огайо.

Стяжку на болтах применяют для изделий, испытывающих постоянные динамические и сдвиговые нагрузки. Из наиболее показательных частных случаев — железнодорожные мосты и тяжелое крановое оборудование.

В конструкцию опоры портального крана грузоподъемностью 30 тонн входит свыше 6 000 высокопрочных болтов.

Основные преимущества перед заклепками:

• выше нагрузочная способность — 22 закаленных болта М22 из легированной стали успешно заменили 32 заклепки диаметром 23 мм из стали Ст2;
• после затяжки отсутствуют щели между стыками стянутых поверхностей;
• суммарное снижение веса конструкции (вплоть до 25%);
• процесс сборки быстрее в 2..3 раза;
• нет необходимости в дополнительном оборудовании для нагрева соединений (при горячей клепке);
• для монтажа не нужны высококвалифицированные рабочие;
• переход на разъемные соединения упростил изготовление, сборку, обслуживание и ремонт конструкций в целом.

Существенным недостатком болтов оставались лишь жесткие требования к качеству продукции: в случае, если термическая обработка изделий была некачественной или нужный уровень прочности не был достигнут, при затяжке наблюдали мгновенный срез резьбы и возникновение трещин.

На надежность соединения болтами оказывают непосредственное влияние силы трения, возникающие в зоне соприкосновения головки болта или торца гайки с шайбой или поверхностью металлоконструкции. Чтобы искусственно повысить коэффициент трения контакта, строители-монтажники используют пескоструйную и огневую зачистку.

Следует отметить, что при правильном выборе величины затяжки болты демонстрируют увеличенную стойкость против вибрационных нагрузок по сравнению с классическими заклёпками — в 1,8..2 раза. В этом случае определяющую роль играют как раз таки силы трения.

Предварительное натяжение болтов может изменяться, если конструкция испытывает значительный перепад температур. Так для стальных узлов работа в диапазоне от −40 до +40°С может повлечь за собой уменьшение затяжки на 4%, а для алюминиевых — вплоть до 14%.

Кроме строительной сферы преимущества высокопрочного крепежа нашли применение при сборке тяжелонагруженного ответственного оборудования атомных электростанций. Там предпочтение отдают в большей мере шпилечным соединениям. Они лучше проявляют себя при работе на фланцах под влиянием повышенных температур.

Усилие затяжки высокопрочных болтов

При установке БВП следует учитывать характер монтажного соединения: сдвигоустойчивое (фрикционное) или с несущими болтами. В первом случае соединение затягивается до требуемой (проектной) величины динамометрическими ключами для обеспечения сил трения между соединяемыми элементами. Момент затяжки – это усилие, приложенное к гайке или головке винта и создающее в теле метиза контролируемое усилие натяжения. Расчетные значения момента закручивания и усилия предварительной затяжки болтов сведены в специальные справочные таблицы.

Таблица 3. Нормы затяжки болтов (коэффициент 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

Маркировка высокопрочных болтов по ГОСТ Р 52644-2006

А вот так выглядит маркировка на болтах уже по новому ГОСТу:

Значения маркировки на шестигранной головке высокопрочного болта:

• 1. Клеймо завода-изготовителя;
• 2. Класс прочности для ГОСТ Р 52644-2006;
• 3. Климатическое исполнение ХЛ (для холодного климата);
• 4. Номер плавки;
• 5. Буква S — обозначение высокопрочного болта с шестигранной головокой с увеличенным размером под ключ

Высокие классы прочности и их расшифровка

Согласно международной классификации резьбовых метизов, к высокопрочным болтам, винтам, шпилькам относятся изделия, имеющие цифровую маркировку классов прочности 8.8, 9.8, 10.9, 12.9, а к сверхпрочным – 14.9. Это важнейшая из характеристик, которая обязательно учитывается в любом проекте. Чем выше эти значения, тем прочнее, выносливее, качественнее и соответственно дороже метиз.

Первая цифра

указывает на предельную нагрузку на растяжение, при которой крепеж разорвется. Эта величина называется пределом прочности на разрыв, определяется как одна сотая от номинального временного сопротивления, выражается в МПа или Н/мм².

Например, для болта 10.9 она равняется: 10 / 0,01 = 1000 МПа (Н/мм²).

Вторая цифра

говорит нам о напряжении, при котором крепеж необратимо деформируется при изгибе, а называется этот параметр – предел текучести. Определяется умножением первой цифры на вторую и на 10.

Например, для того же болта 10.9 он равен: 10х9х10 = 900 МПа (Н/мм²).

При расчете соединения для заданной нагрузки значение предела текучести умножают на коэффициент 1/2 или 1/3 для обеспечения 2-х или 3-кратного прочностного запаса.

Марки сталей и особенности изготовления крепежа высокой прочности

Крепежные изделия классов от 8.8 до 14.9, включая болты для автомобильной промышленности, производятся из конструкционных среднеуглеродистых сталей, легированных упрочняющими добавками. Эксплуатационные свойства крепежа определяются двумя факторами:

Самые популярные марки:

35, 40, 40Х Селект, 38ХА, 30ХГСА, 35ХГСА, 40ХН2МА, 38ХГНМ. Реже используют слаболегированные борсодержащие стали марок 12Г1Р, 20Г2Р, 30-35Г1Р. Стали, легированные бором, обладают благоприятным сочетанием прочностных и пластических свойств, но из-за некоторых технологических трудностей при их выплавке, их внедрение в метизное производство сдерживается.

Исходное сырье поступает на производство в виде стержней или проволоки. Болты формируют методом холодной штамповки под давлением на высадочных автоматах, затем на них наносят резьбу на накатных автоматах. Для придания готовым изделиям высоких прочностных характеристик, эксплуатационной надежности и устранения хрупкости их подвергают термическому упрочнению путем нагревания в закалочной печи и последующему отпуску (охлаждению).

Таблица 1. Марки сталей, рекомендованные для изготовления болтов, винтов, шпилек высоких классов прочности.

Класс прочности	8.8	10.9	12.9
Марка стали	Ст.35, Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.40Х, Ст.20Г2Р	Ст.35Х, Ст.38ХА, Ст.45Г, Ст.40Г2, СТ.40Х, Ст.40Х Селект Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА	Ст.30ХГСА, Ст.35ХГСА, Ст.40ХНМА
Граница прочности , МПа	800…830	1000…1040	1200…1220
Граница текучести , МПа	640…660	900…940	1080…1100
Твердость по Бринеллю , НВ	242…318	304…361	366…414

Правила затягивания БВП

Натяжение высокопрочных болтов производится в два этапа:

1. Совмещают отверстия деталей под высокопрочные болты и фиксируют положение частей конструкции с помощью монтажных пробок.
2. На первом этапе вставляют болтовой крепеж, вынимают пробки. Далее с помощью гайковертов, болтовой крепеж затягивают только до 50-90%. В начале натяжения головку крепежа необходимо придерживать от прокручивания. В случае невозможности устранить прокручивание элемент заменяют.
3. На втором этапе закрепление производится полностью, с помощью динамометрических ключей. Натяжение болтов проводят после контроля соответствия геометрии всей конструкции относительно стандартов и правил, проверки плотности стяжки конструкции.

Отличные технические характеристики соединений, выполненных с помощью высокопрочных болтов, обеспечивают прочность всей конструкции. При условии соблюдения всех инструкций, конструкция будет служить многие десятилетия.