Класс прочности гаек – каким он бывает по ГОСТ 1759.5–87?

1 Класс прочности гаек – общие положения ГОСТ

Государственный стандарт 1759.5–87 распространяется на все гайки с метрической резьбой, изготовленные из легированных и нелегированных углеродистых сталей, соответствующих ГОСТ 1981 года 24705.

Данные гайки должны иметь высоту (номинальную) 0,5 d и более, сечение 1–48 миллиметров, подходить своими параметрами под ключ стандарта 1984 года 24671, а также описываться полем резьбового допуска 6Н.

Отметим, что документ, который нас интересует, не описывает гайки:

• с особыми характеристиками (работоспособность при пониженных и повышенных температурах, высокая стойкость против коррозии, свариваемость);
• самоконтрящегося самостопорящегося типа.

Согласно принятой в документе системе обозначений, гайки делят на две разновидности:

• с высотой (номинальной) 0,5–0,8 d;
• с высотой 0,8 d и больше.

Класс прочности гайки с высотой от 0,5 до 0,8 d обозначается двумя цифрами. Первая из них дает информацию о том, что нагрузочный потенциал соединения болта и гайки является меньшим, нежели аналогичная возможность у гаек свыше 0,8 d, а также у изделий с оправкой, прошедшей закалку. А вторая соответствует 1/100 напряжения (номинального) от нагрузки пробного вида в испытательной закаленной оправке.

Здесь стоит отметить, что реальный несущий потенциал описываемых нами изделий устанавливается как эффективной длиной их резьбы и твердостью стали, из которой они изготовлены, так и прочностью болта на растяжение, используемого для соединения с гайкой. Зависимость напряжения нагрузки и прочности "низких" (именно так называют изделия высотой 0,5–0,8 d) гаек выражается следующим образом:

• для гаек класса 04 наименьшее напряжение от экспериментальной нагрузки равняется 380 Н/мм², номинальное – 400 Н/мм²;
• для класса 05 данные показатели равняются 500 Н/мм².

Крепежные изделия с высотой от 0,8 d маркируются цифрой, которая описывает максимальный уровень прочности болтов, с коими гайка способна сопрягаться. Так, например, гаечная конструкция класса прочности 4 сопрягается с сечением резьбы болта более М16 (уровень прочности 4.6, 3.6 и 4.8.) Допустимые сопряжения для других болтов (по классу) приведены далее:

• 5 класс прочности крепежа: менее или равно М16 (4.6, 3.6, 4.8), менее или равно М48 (5.8 и 5.6);
• 6: до М48 (6.8);
• 8: до М48 (8.8);
• 9: менее М16 (9.8), от М16 до М48 (8.8);
• 10: до М48 (10.9);
• 12: до М48 (12.9).

На практике крепежом высшего уровня прочности допускается заменять "низшие" изделия. Мало того, подобную замену даже советуют производить для соединений "гайка-болт", в которых показатель напряжения превышает значение напряжения от испытательной нагрузки либо предела текучести. Возможна и затяжка соединения выше испытательной нагрузки. Но в данной ситуации следует подобрать крепежный элемент с такой конструкцией, которая способна при перетяжке выдержать не менее 10 процентов разрушения по длине болта.

2 Механические характеристики крепежа по Госстандарту

Гайки разного класса производятся из сталей, состав коих соответствует далее приведенным показателям (все значения приведены в процентах):

• изделия класса 12: серы – до 0,058, фосфора – до 0,048, марганца – от 0,45, углерода – до 0,58;
• 4, 5 и 6: серы – до 0,15, фосфора – до 0,11, углерода – до 0,5;
• 05 и 10: серы – до 0,058, фосфора – до 0,048, марганца – от 0,3, углерода – до 0,58;
• 04, 9 и 8: серы – до 0,15, фосфора – до 0,06, марганца – от 0,25, углерода – до 0,58.

Добавим: отпуску и закалке в обязательном порядке подвергаются изделия классов 10, 05, 12 и 8.

Далее мы приводим величины пробных нагрузок для гаек с разным диаметром резьбы:

• твердость (по Роквеллу): не более 30–38 HRC;
• твердость (по Виккерсу): не более 302–353 и не менее 117–295 HV в зависимости от номинального сечения резьбы;
• нагрузки (пробные) для крепежа с малым резьбовым шагом: от 1 мм (для диаметра 8 мм) до 3 (диаметр 18 мм);
• нагрузки для классов прочности: от 14900 Н (минимальное сечение) до 1924000 Н (максимальное сечение).

3 По каким методикам осуществляются испытания гаек?

Существует три варианта испытания готовых крепежных конструкций:

• анализ твердости;
• анализ пробной нагрузки;
• анализ качества поверхности.

Проверка на твердость выполняется в трех точках на оперной поверхности крепежа (выбирать можно любую из таких поверхностей). Причем точки одна к одной должны быть смещены на 120 градусов. Показатель твердости при этом устанавливается на базе трех измерений в качестве их среднего арифметического значения.

Важнейшим признается определение твердости продукции по Виккерсу. Оно производится по ГОСТ 2999–75. Анализ по Роквеллу выполняется по стандарту 9013–59, по Бринеллю – по стандарту 9012–59. В ситуациях, признаваемых спорными, твердость необходимо исследовать на продольном сечении. Имеется в виду такое сечение, которое пролегает через ось детали в точках, находящихся максимально близко к номинальному наружному резьбовому диаметру.

Испытание гаек нагрузкой (пробной) выполняется только при наличии специализированной аппаратуры для подобных исследований. Данный анализ относится к решающему для изделий, имеющих сечение более М5. Выполняется он следующим образом: на оправку, прошедшую закалку, навинчивают гайку и определяют значение растяжения по оси.

Нагрузка при этом выдерживается на протяжении 15 секунд, а прикладывается она в осевом направлении по отношению к крепежу. Он должен без срыва резьбы и разрушения выдерживать указанное испытательное давление, а после этого без труда выкручиваться рукой. Допускается использовать гаечный ключ для проворота гайки на пол-оборота (не более того). После этого изделие опять же таки нужно отвинтить руками.

Особенности проверки:

• при разрушении резьбы оправки в процессе проведения исследования оно признается недействительным;
• оправка обязана иметь твердость от 45 единиц по Роквеллу.

Качество поверхности анализируется в соответствии с ГОСТ 1983 года 1759.3.

4 Технологии изготовления гаек

Как было сказано, крепежные изделия разных классов производятся из низко- и высоколегированных сталей углеродистой группы, которые могут и не иметь в своем составе легирующих добавок. Наиболее часто используются следующие марки стали:

• 20Г2Р. Из них обычно изготавливают гайки класса 0,5, 10 и 12, используя метод холодной штамповки (стандарты 10702–78 и 4543–71). Разрешено выпускать такие изделия и из автоматной стали с содержанием свинца на уровне 0,35 %, фосфора – 0,12 % и серы – 0,34 %.
• Ст20, Ст3 (сп, кп). Сталь по ГОСТ 1050–88 подходит для гаек класса 4. Процесс производства крепежа ведется по методике горячей штамповки.
• 20кп, 35. Сплавы по стандартам 10702–78 и 4543–71. Предназначены для выпуска гаек класса 9 и 8 методом горячей или холодной штамповки.
• 15кп и 15, 10 кп и 10. Сталь стандарта 10702 для изделий кл. 04 и 6 (используемая технология – штамповка в холодном состоянии). Аналогично изготавливают и гайки 5 класса, но в этом случае сталь 15 и 15кп не используется.

Добавим, что рассмотренный нами Государственный стандарт соответствует во всех своих пунктах ИСО 898/2–80 – международному документу, на который ориентируются производители всего мира.