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%.
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. Сырьем для производства является проволока из низкоуглеродистой и легированной стали, содержание углерода в которой не превышает 0,4%.
Холодная высадка применяется для формообразования головок болтов, винтов, заклепок при больших программах выпуска. Этим способом изготовляют и более сложные детали (например, шаровые и ступенчатые пальцы, ролики и шарики подшипников и др.). Холодной высадке подвергают калиброванные стальные прутки диаметром 0,6 до 38 мм, а также прутки из цветных сплавов (алюминиевых, медных и др.), круглых шестигранных и других форм сечения. Холодную высадку, как правило, производят на холодно высадочных прессах-автоматах (обычно горизонтальных, одно ударных или многопозиционных). После подачи материала (калиброванной проволоки) через отрезную матрицу, нож отрезает заготовку и переносит ее на линию высадки. Пуансон заводит заготовку в матрицу, а после упора заготовки в выталкиватель осуществляет высадку головки. В момент возврата пуансона в исходное положение высаженная деталь выталкивателем удаляется из матрицы и цикл высадки повторяется. Если головка не может быть высажена за один удар пуансона, высадку производят на двух, трех и более ударных (многопозиционных) холодновысадочных автоматах. Производительность современных высадочных автоматов достигает 400 деталей.
Основные этапы высадки:
- отрезка заготовки;
- предварительная высадка;
- окончательная высадка;
- редуцирование под резьбу и обрезка граней.
Гальванизация представляет собой особый электрохимический процесс, который приводит к образованию тонкого металлического покрытия на исходной заготовке. Существует широкий спектр целей, для которых может использоваться гальванизация. Если нужно выполнить гальваническое хромирование, образец следует покрыть никелевым слоем. В большинстве случаев такая технология применяется для улучшения защитных свойств образцов, например, цинкование черных металлов. Такая обработка предназначается для формирования на поверхности антикоррозийного оцинкованного покрытия. Металлические детали, гальванизированные таким методом, могут эксплуатироваться в течение долгого времени во влажной среде, взаимодействовать с соленой или пресной водой и при этом не терять начальных свойств.
Если обработать оцинкованный болт в специальном пассивирующем растворе, чтобы на них образовалась желтая конверсионная пленка толщиной около 0,5 мкм. В состав упомянутого раствора входят соли хромовой кислоты, поэтому такой процесс химического «окрашивания» металла называют хроматной пассивацией.
Также используется оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.
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.