Руководство по стандартам ISO 8981 и EN 208981 для характеристик болтов и винтов

Представьте себе небоскреб, скоростное транспортное средство или прецизионное оборудование — их устойчивость и безопасность часто зависят от, казалось бы, незначительных болтов и винтов. Эти небольшие крепежные детали выдерживают огромные растягивающие, сдвиговые и даже крутильные нагрузки. Как мы можем гарантировать, что они выдержат давление в критические моменты и сохранят структурную целостность? Ответ заключается в тщательном понимании их механических свойств и правильном выборе.

Эта статья представляет собой всеобъемлющее руководство по механическим свойствам стальных болтов и винтов, определенных стандартами ISO 898-1 и EN 20898-1, предлагающее инженерам и проектировщикам быстрый справочник для принятия обоснованных решений в процессе проектирования, производства и технического обслуживания.

ISO 898-1 и EN 20898-1 — это международно признанные стандарты, которые определяют механические свойства стальных болтов, винтов и шпилек. Эти стандарты определяют требования к прочности на растяжение, пределу текучести, твердости, пределу текучести при растяжении и удлинению после разрушения для различных классов прочности. Понимание этих параметров позволяет специалистам выбирать подходящие крепежные детали для конкретных применений, обеспечивая надежные и безопасные соединения.

Класс прочности служит «удостоверением личности» для болтов и винтов, четко указывая их характеристики механических свойств. Распространенные классы прочности включают 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 и 12.9. Эти числа имеют конкретные значения:

• Первое число: Представляет 1/100 прочности крепежной детали на растяжение (Rm). Например, болт класса 8.8 имеет прочность на растяжение 800 МПа.
• Второе число: Указывает отношение предела текучести (Rel или Rp0.2) к прочности на растяжение (Rm), умноженное на 10. Для болта класса 8.8 это отношение равно 0.8, что означает, что предел текучести составляет 640 МПа.

Эти числа дают быстрое представление об основных характеристиках прочности крепежной детали, служа ценными ориентирами при выборе.

Помимо классов прочности, необходимо понимать несколько критических механических свойств:

• Прочность на растяжение (Rm): Максимальное напряжение, которое материал может выдержать при растяжении. Более высокая прочность на растяжение означает большую устойчивость к разрушению при растяжении.
• Предел текучести (Rel или Rp0.2): Напряжение, при котором материал начинает пластическую деформацию. Более высокий предел текучести указывает на лучшую устойчивость к остаточной деформации.
• Твердость по Виккерсу (HV): Измеряет сопротивление локальной пластической деформации. Более высокая твердость улучшает износостойкость и прочность на сжатие.
• Твердость по Бринеллю (HB): Аналогично твердости по Виккерсу, но используются другие методы испытаний.
• Твердость по Роквеллу (HR): Еще одно измерение твердости с разными шкалами (например, HRC, HRB) в зависимости от индентора и изменений нагрузки.
• Твердость поверхности (HV 0.3): Измеряет твердость поверхности, обычно используется для оценки эффективности обработки поверхности.
• Предел текучести при растяжении (Sp): Максимальное напряжение, которое крепежная деталь может выдержать в указанных условиях испытаний, часто используется для оценки усталостной прочности.
• Удлинение после разрушения (A5): Отношение увеличения длины после разрушения к первоначальной длине. Более высокие значения указывают на лучшую пластичность и адаптивность к деформации.

В следующей таблице подробно описаны механические свойства для различных классов прочности стальных болтов и винтов, включая прочность на растяжение, предел текучести, твердость, предел текучести при растяжении и удлинение после разрушения. Обратите внимание, что для некоторых классов (например, 3.6) свойства различаются для диаметров ≤16 мм и >16 мм.

Помимо прочностных характеристик, не менее важна устойчивость к кручению. Крутящий момент разрушения относится к минимальному крутящему моменту, необходимому для возникновения разрушения крепежной детали при кручении. Это становится особенно важным в приложениях, связанных с вращательными или вибрационными нагрузками.

ISO 898-7 и DIN 267 pt25 определяют методы испытаний и требования к крутящему моменту разрушения болтов и винтов. В следующей таблице показаны минимальные значения крутящего момента разрушения для различных размеров резьбы и классов прочности.

Выбор подходящих болтов и винтов требует тщательной оценки нескольких факторов:

1. Применение: Различные сценарии требуют различных эксплуатационных характеристик. Среды с высокой вибрацией требуют превосходной усталостной прочности, а высокотемпературные применения требуют жаропрочных материалов.
2. Тип нагрузки: Определите, будут ли крепежные детали в основном испытывать растягивающие, сдвиговые, изгибающие или крутильные нагрузки, а затем выбирайте соответствующим образом.
3. Соединяемые материалы: Состав соединяемых материалов (сталь, алюминий, пластик и т. д.) влияет на выбор материала крепежной детали и обработки поверхности.
4. Условия окружающей среды: Влажность, температура и коррозионные элементы определяют необходимые уровни коррозионной стойкости.
5. Метод установки: Требования к предварительной нагрузке и методы затяжки влияют на выбор размера и формы.

Рассмотрим соединение стальной конструкции, требующее высокой прочности на растяжение во влажных условиях. Подходящим будет высокопрочный болт класса 8.8 с цинковым покрытием:

1. Определение нагрузки: Рассчитайте максимальную растягивающую нагрузку с помощью структурного анализа.
2. Выбор диаметра: Выберите диаметр на основе нагрузки и прочности на растяжение, применяя соответствующие коэффициенты безопасности.
3. Выбор материала/класса: Выберите высокопрочную сталь класса 8.8.
4. Обработка поверхности: Укажите цинковое покрытие для защиты от коррозии.
5. Определение длины: Рассчитайте на основе толщины материала и требований к затяжке.

Несмотря на небольшие размеры, болты и винты играют монументальную роль в обеспечении безопасности конструкций и надежности оборудования. Правильный выбор и применение, основанные на таких стандартах, как ISO 898-1 и EN 20898-1, обеспечивают оптимальную производительность. Понимая механические свойства и тщательно оценивая требования к применению, инженеры могут принимать обоснованные решения, которые поддерживают структурную целостность во множестве отраслей.