Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения

При выборе материала для резьбовых деталей учитывают величину и характер нагрузки (статическая или переменная), условия работы (температуру, коррозию и т. д.), способ изготовления.

Стандартные крепежные изделия общего назначения изготовляют из углеродистых сталей типа сталь 10 - сталь 35. Эти стали, позволяют изготовить большие партии болтов, винтов, гаек методом холодной высадки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках. Механические свойства крепежных изделий определяются как материалом, так и технологией изготовления. Декоративные винты и гайки выполняются из цветных металлов и пластмасс. Выбор материалов, как и всех параметров резьбовых соединений, определяется расчётом на прочность.

Материалы для изготовления резьбовых деталей сгруппированы по классам прочности. Стальные винты и шпильки по ГОСТ 1759-82 изготавливают 12-ти классов прочности. Например, класс прочности 4.6: первая цифра, умноженная на 100, указывает минимальное значение предела прочности (в МПа), а произведение, умноженное на 10, – приближенное значение предела текучести (в МПа).

Класс 4.6 – предел прочности σ _в =400 МПа и предел текучести σ _т =240 МПа. Выдержка из ГОСТ 1759-82 «Изделия крепёжные. Общие технические требования» приведена в таблице 3.

Для стальных гаек с нормальной или большей высотой по ГОСТ 1759.5-87 установлено 7 классов прочности: 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12. Число, умноженное на 100, показывает напряжение от испытательной нагрузки.

Техническое правило: разрыв в соединении всегда должен быть по резьбе болта. Отсюда число класса прочности гайки показывает наибольший класс прочности болта, с которым может использоваться гайка в соединении. Например, гайка класса 6 может применяться с болтами классов прочности не выше 6.8.

Для каждого класса прочности стандарт рекомендует определенные марки сталей, их механические свойства и технологические процессы изготовления деталей.

Для болтов классов прочности 8.8 и выше, гаек классов прочности 8 и выше в их обозначениях по ГОСТ после кдасса прочности полностью указывают марку легированной стали.

Крепежные изделия в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации могут быть изготовлены с защитным покрытием или без покрытия. Обозначение покрытий от 00 до 13. Например, 00 – без покрытия; 01 – цинковое с хроматированием; 02 – кадмиевое с хроматированием; 05 – окисное; 12 – серебряное; 13 – никелевое.

Таблица 11. Механические характеристики материалов резьбовых деталей

Класс прочности	σв, МПа	σт, МПа	Марка стали
Винт	Гайка
3.6		300 - 400		Ст 3, Ст 10
4.6		400 - 550
5.6		500 - 700		30, 35
6.6		600 - 800		35, 45, 40Г
8.8		800 - 1000		35Х; 38ХА; 45Г
10.9		1000 - 1200		40Г2; 40Х; 30ХГСА

Допускаемые напряжения определяются в общем случае:

где [S] _i – допускаемый коэффициент запаса прочности.

Рекомендуемые в расчетах резьбовых соединений коэффициенты запаса приведены в таблицах 12 и 13.

Таблица 12. Значения коэффициентов запаса прочности [S] и допускаемых напряжений при расчете резьбовых соединений.

Вид внешней нагрузки	Затяжка	Запас прочности или допускаемое напряжение
Статическая отрывающая	Отсутствует	[S]=1,6÷1,7
Статическая отрывающая	Контролируемая	[S]=1,2÷1,5
Не контролируемая	[S] по таблице 5
Переменная отрывающая	Контролируемая	[S] а ≥1,5÷2,5; [S]=1,2÷1,5
Не контролируемая	[S] а ≥2,5÷4 [S] по таблице 5
Статическая сдвигающая, болты без зазора	Отсутствует	[τ]=0,4σт [σ]см=0,8σт для стали [σ]см=(0,4¸0,5)σв для чугуна
Статическая сдвигающая, болты с зазором	Контролируемая	[S]=1,2÷1,5
	Неконтролируемая	[S] по таблице 5
Переменная сдвигающая, болты с зазором	Контролируемая	[S]=1,2÷1,5
	Неконтролируемая	[S] по таблице 5
Переменная сдвигающая, болты без зазора	Отсутствует	[t]=(0,2÷0,3)σт
Прочность стыков при любой нагрузке	-	Для стали [σ]см=0,8σв Для чугуна [σ]см=0,4σв Для бетона [σ]см=1÷2 МПа Для кирпича [σ]см=0,5÷2 МПа Для дерева [σ]см=2÷4 МПа

Таблица 13. Значение коэффициента запаса прочности [s] при расчете болтов с неконтролируемой затяжкой

Материал болта	Постоянная нагрузка	Переменная нагрузка
М6-М16	М16-М30	М6-М16	М16-М30
Углеродистая сталь	5¸4	4¸2,5	12¸8,5	9,5
Легированная сталь	6,5¸5	5¸3,3	10¸6,5	6,5