Класи міцності метизів: болти, гвинти, шпильки й гайки

Що означають два числа в класі

Клас міцності болта, гвинта чи шпильки з вуглецевої або легованої сталі записують двома числами через крапку. Перше, помножене на 100, дає номінальну міцність на розрив у МПа. Друге, помножене на 10, показує, скільки відсотків від цієї міцності становить межа текучості.

У класу 8.8 міцність на розрив 8 × 100 = 800 МПа, а межа текучості 800 × 0,8 = 640 МПа. У 10.9 це 1000 і 900 МПа, у 5.8 — 500 і 400 МПа. Той самий результат дає добуток чисел: 8 × 8 × 10 = 640.

Межа текучості — це напруження, після якого болт уже не повертається до початкової довжини. Для класів до 6.8 це фізична межа текучості, а для 8.8 і вище, де чіткої площадки текучості немає, беруть умовну межу Rp0,2: напруження, яке лишає залишкове видовження 0,2 %.

Метизи класу 8.8 і вище виготовляють зі сталі, загартованої й відпущеної. Тому болти 5.8 і 8.8 однакові за формою, а за металом різні. Клас є властивістю виробу, а не маркою сталі прокату, і ці дві шкали не можна змішувати.

Класи болтів, гвинтів і шпильок у цифрах

Номінальні значення в таблиці — це розшифровка класу, мінімальні — ті, нижче яких міцність метиза з партії опуститися не може.

Для класів до 6.8 у колонці Re / Rp0,2 стоїть фізична межа текучості Re, для 8.8 і вище — умовна межа Rp0,2. Клас 9.8 стандарт обмежує малими діаметрами (до М16), його мінімальні значення беруть із тексту стандарту. Мінімальні значення в проєкті звіряють із чинною редакцією стандарту.

Що ці числа кажуть про поведінку болта

Є дві закономірності. Відношення межі текучості до міцності росте від 0,6 у класу 4.6 до 0,9 у 10.9 і 12.9: високоміцний болт працює ближче до своєї межі й менше «попереджає» перед розривом. Це видно і з відносного подовження після розриву на зразках: 22 % у 4.6, 12 % у 8.8 і лише 8–9 % у 10.9 та 12.9.

Гайки: клас і пара до болта

У гайки клас записують одним числом: 5, 6, 8, 10, 12. Помножене на 100, воно приблизно дорівнює напруженню випробувального навантаження в МПа. Гайку роблять міцнішою за стрижень, щоб при перевантаженні рвався болт, а не зривалася різьба.

Пару добирають за першим числом класу болта. У ДБН В.2.6-198 це записано прямо: гайки класу 5 до болтів 5.6 і 5.8, класу 8 до 8.8, класу 10 до 10.9. Якщо болт працює лише на зріз, норма допускає гайку на один ступінь нижчу (4, 6 і 8 відповідно). Для решти класів діє той самий принцип.

Гайка вищого, нижчого й низького класу

Гайка вищого класу, ніж треба, нічого не псує, хоча болт від неї міцнішим не стає. Гайка нижчого класу руйнує вузол, бо її різьба зривається першою. Окремо стоять низькі гайки класів 04 і 05 (контргайки): вони розраховані на менше навантаження й не замінюють основну гайку.

Маркування: що видно на головці й гайці

Клас і виробник мають бути позначені на самому метизі, а не лише на коробці.

• на шестигранній головці болта є знак виробника й клас, наприклад 8.8; знак розташований на верхній площині головки або збоку, у гвинтів із внутрішнім шестигранником — на головці;
• шпильки великих діаметрів маркують на торці або на гладкій ділянці, бо головки в них немає;
• на гайках клас — число на торці чи грані (8, 10); у малих гайок застосовують умовну позначку на зразок «годинника», яку розшифровує стандарт;
• ліву різьбу позначають стрілкою на головці болта та виїмками на гранях гайки;
• гарячеоцинковані гайки з різьбою, нарізаною з припуском, мають після класу літеру Z або X, а болти зі зменшеною різьбою — літеру U (докладніше в розділі про покриття);
• нержавійні метизи несуть марку сталі й клас через дефіс: A2-70, A4-80;
• болт без знака виробника, з розмитими чи криво вибитими цифрами викликає сумнів: цифри 8.8 можна нанести і на головку зі звичайної сталі. Без документа такий метиз у несучий вузол не ставлять.

Який клас для якого вузла

У несучих вузлах клас болтів не обирають на око: його, діаметр і кількість болтів дає розрахунок. ДБН В.2.6-198 називає допустимі класи (5.6, 5.8, 8.8, 10.9, 12.9 залежно від того, чи працює болт на розтяг або зріз і чи розраховують вузол на витривалість) та наводить для них характеристичні значення: міцність 500, 500, 800, 1000 і 1200 МПа, межа текучості 300, 400, 640, 900 і 1080 МПа (таблиця Д.4). Нижче лише загальна логіка вибору.

Покриття метизів і гаряче цинкування високоміцних

Чорний метиз без покриття у вологому середовищі іржавіє швидко, тому на вулиці його захищають. Покриття підбирають за середовищем і за класом: для високоміцних болтів важить ще й те, чи вносить спосіб нанесення водень у сталь.

У таблиці основні варіанти, без прив’язки до виробників. Це загальні відмінності: фактичний строк захисту визначають умови експлуатації й стандарт на конкретне покриття.

Питання цинкування метизів уточнюйте під конкретний виріб: клас, діаметр і потрібний захист задає проєкт.

Гаряче цинкування болтів: що змінюється в різьбі

Гаряче цинкування дає шар понад 40 мкм, і звичайна різьба з таким шаром не збереться. Тому комплект роблять так, щоб різьбу врахували заздалегідь. Є два способи, і змішувати їх не можна. У першому болт лишається зі звичайною різьбою, а гайку нарізають з припуском уже після цинкування; такі гайки мають після класу літеру Z або X. У другому болт виготовляють зі зменшеною різьбою ще до цинкування (позначка U), а гайку нарізають після нього за звичайним допуском.

Гайка з припуском на болті зі зменшеною різьбою дає високий ризик зриву різьби. Повторно нарізати різьбу в гайці стандарт не допускає, а різьбу оцинкованого болта не перевірити, знявши покриття й вимірявши її: частину сталі розчиняє сам процес цинкування.

Стандарт на гарячеоцинковані метизи охоплює різьби від М8 до М64 з крупним кроком. Менші діаметри й кроки менше 1,25 мм цинкувати гарячим способом не рекомендовано. Опори й металоконструкції ми цинкуємо гарячим способом у власній ванні; про різьбу під цинкування див. проєктування під цинкування, про товщину покриття — товщина цинкового покриття, про способи — гаряче, гальванічне чи холодне цинкування.

Класи 8.8, 10.9 і 12.9 та гаряче цинкування

Класи 8.8 і нижче цинкують гарячим способом у звичайному порядку, з урахуванням різьби. Клас 10.9 стандарт на гарячеоцинковані метизи включає, але з умовами. Клас 12.9 до нього не входить: для болтів, гвинтів і шпильок сфера дії закінчується на 10.9, для гайок — на класі 12.

Причина — водень. Під час очищення кислотою він поглинається сталлю й не завжди повністю виходить у цинковій ванні, а це може призвести до крихкого руйнування: болт ламається під навантаженням через години чи дні після затягування. Чим вища міцність і твердість, тим ризик більший. У нашій статті про проєктування під цинкування сказано, що сталі з межею текучості понад 650 МПа більш схильні до розтріскування; 8.8 стоїть на цій межі (640–660 МПа), а 10.9 і 12.9 лежать значно вище (900–1100 МПа).

За ISO 10684:2004; звичайна ванна працює при 455–480 °C, високотемпературна при 530–560 °C. Українську редакцію цього стандарту за пошуком не підтверджено.

Високоміцні комплекти для попереднього натягу

Для болтів із контрольованим натягом є окремі стандарти на комплекти (болт, гайка, шайба з однієї партії): ДСТУ EN 14399, системи HR і HV. У європейській практиці такі комплекти класу 10.9 цинкують гарячим способом, а кислотне травлення замінюють механічним очищенням. Тому їх беруть готовими, з документами виробника комплекту, а не віддають болти на цинкування разом із конструкцією.

ДБН застерігає: розрахункові опори болтів 8.8 і 10.9 наведено для болтів без покриття, наприклад без оцинкування. Якщо в проєкті потрібні оцинковані болти, клас і спосіб захисту вказує проєкт; інколи простіше взяти болт нижчого класу більшого діаметра, але це рішення проєктувальника.

Нержавійка: A2-70 і A4-80

Нержавійні болти позначають інакше: літера, цифра й число через дефіс. Літера A означає аустенітну сталь (її й роблять більшість нержавійних метизів), цифра після неї — групу за складом, число після дефіса — одну десяту мінімальної міцності на розрив у МПа. Тобто 70 — це 700 МПа, а 80 — 800 МПа.

A2 — сталь із хромом і нікелем, A4 — та сама, але з молібденом. Число 70 чи 80 говорить про міцність, а не про стійкість до корозії: A2-80 і A4-80 міцні однаково. Різниця в середовищі. Молібден робить A4 стійкішою до хлоридів (море, протиожеледні реагенти), а A2 поряд із сіллю швидко темніє.

Нержавійні метизи не гартують, тому A2-70 за міцністю на розрив (700 МПа) поступається класу 8.8 (800 МПа), а межа текучості в нього суттєво нижча. Замінювати 8.8 на A2-70 без перерахунку не можна. Ще два практичні моменти: різьба нержавійних болтів схильна до задирання під час затягування, тому її змащують і не накручують гайку на високих обертах, а у парі з вуглецевою сталлю у вологому середовищі корозія зосереджується на вуглецевій деталі біля нержавійної.

Контроль і сертифікат

Клас підтверджують не тільки цифри на головці. До партії має бути документ виробника: сертифікат чи паспорт із номером партії, позначенням виробу, класом міцності й посиланням на стандарт. На вході звіряють, що маркування на кожному болті збігається з документом, а не на кожному десятому.

Якщо партія викликає сумнів (немає знака виробника, цифри нанесено нерівно, ціна помітно нижча за ринкову), її віддають у лабораторію. Випробування на розтяг і вимір твердості показують фактичний клас. Для відповідальних вузлів вимоги до документів і вхідного контролю задає проєкт.

Де найчастіше помиляються

• болт 8.8 із гайкою класу 5: різьба гайки зривається раніше, і навантаження, яке витримав би болт, до нього не доходить; тримає, по суті, гайка;
• клас і марка сталі: С245 чи С345 — це сталь профілів, плит і наших закладних, а 5.8 чи 8.8 — клас метиза. Фраза «болт зі сталі С345» клас не задає; про марки сталі див. вибір марки сталі;
• заміна класу «бо немає в наявності»: діаметр і кількість болтів у проєкті підібрано під конкретний клас, і 5.8 замість 8.8 з тією самою різьбою вузол не втримає без перерахунку;
• цинкування болта й гайки «як звичайних»: гайка, нарізана до цинкування, на оцинкований болт не накрутиться, а гайка з припуском на болті зі зменшеною різьбою зірветься. Комплект беруть за одним способом;
• зварювання метизів: приварити гайку або болт до пластини, щоб не розкручувався, хочеться часто. У класів 8.8 і вище нагрів змінює структуру загартованої сталі, і поруч зі швом метал розм’якшується або кришиться. Від розкручування є контргайка, стопорна шайба й інші стопори; приварювання — рішення проєктувальника;
• перетяжка: болт, затягнутий за межу текучості, залишково розтягується, і розраховувати на нього вже не можна. Потрібний момент залежить від діаметра, класу, змащення й покриття, тому його задає проєкт, а не відчуття ключа.

Що вказати у кресленні й запиті

У кресленнях КМ і КМД метизи виносять у специфікацію окремо від прокату, а клас болта й гайки записують разом із діаметром, довжиною та покриттям. Пара болт + гайка має бути названа прямо, а не «болт М20». Якщо вузол змішаний (частина з’єднань на болтах, частина зварна), це теж позначають.

Ми виготовляємо металоконструкції за кресленнями замовника й розробляємо креслення КМ і КМД: проєктування КМ і КМД, виготовлення металоконструкцій. Монтаж виконує партнерська будівельна компанія. Розміри й масу болтів, гайок і шайб дивіться в сортаменті метизів, інші профілі — в довіднику металопрокату. Анкерні болти для опор і щогл розібрано в статті «Анкерні болти для опор і щогл», закладні — у статті про фундаментні закладні.

Нормативи й чинність

Властивості болтів, гвинтів і шпильок за класами міцності викладено в ДСТУ EN ISO 898-1:2022 «Механічні властивості кріпильних виробів із вуглецевої та легованої сталі. Частина 1. Болти, гвинти та шпильки з визначеними класами міцності. Груба різьба та різьба з дрібним кроком» (чинний, початок дії 31.12.2023). Вибір класів і пар болт + гайка в несучих сталевих конструкціях виконують за ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування» (розділи 6 і 7, таблиці Д.3 та Д.4).

Гаряче цинкування металоконструкцій описує ДСТУ EN ISO 1461:2024, яким ми керуємося (див. статтю про товщину покриття). Високоміцні болтові комплекти для попереднього натягу — ДСТУ EN 14399-1:2019 (загальні вимоги), ДСТУ EN 14399-3:2024 і ДСТУ EN 14399-4:2024 (системи HR і HV). Гаряче цинкування метизів відцентровим способом описує міжнародний стандарт ISO 10684:2004 (чинність підтверджено 2021 р., готується друге видання), гальванічні покриття метизів — ISO 4042:2022.

Гайки й нержавійні метизи описують міжнародні стандарти ISO 898-2:2022 і ISO 3506-1:2020 (болти, гвинти, шпильки), ISO 3506-2:2020 (гайки). Який чинний ДСТУ відтворює ISO 10684, ISO 4042, ISO 898-2 та ISO 3506, звіряють перед посиланням у проєктній документації. Числа в цій статті наведено для орієнтування, у проєкті користуються чинним текстом стандартів.