Klasa własności wytrzymałościowych śrub, nakrętek, podkładek

Śruby, wiele typów wkrętów, nakrętek i podkładek produkuje się w różnych klasach wytrzymałości/twardości. Z jednej strony jest to wynikiem zastosowania różnych gatunków stali oraz ewentualnej obróbki cieplnej, z drugiej, koniecznością stosowania śrub o wysokiej wytrzymałości w bardziej wymagających aplikacjach i branżach przemysłu.

Znaczenie symboli cyfrowych klas wytrzymałościowych śrub.

Oznaczenie klasy śrub składa się z dwóch liczb rozdzielonych kropką. Pierwsza liczba oznacza 0,01 minimalnej wymaganej wytrzymałości dla danej klasy i jest to parametr Rm mierzony w MPa (megapaskal). Zatem np. 5 oznacza 500MPa, 8 – 800MPa, a 10 – 1000MPa wytrzymałości na rozciąganie. Wartość Rm uzyskuje się z przeliczenia użytej do zerwania śruby siły w kN (kiloniutonach) podzielonej przez czynny przekrój śruby w mm2 (milimetrach kwadratowych).

Druga cyfra oznacza stosunek wartości Re (tzw. granica plastyczności) do Rm (maksymalna wytrzymałość na rozciąganie). Przykładowo dla klasy 8.8 z normy ISO898-1 wiemy, że są to następujące wartości: Re=640, Rm=800 –  co daje nam działanie 640/800=0.8 – i ta właśnie wartość stanowi drugi składnik symbolu. Parametr Re służy jako wartość wyjściowa do obliczania nośności połączeń śrubowych.

Klasy śrub i wkrętów.

Norma ISO898-1 przewiduje kilka klas wytrzymałości. Z bardziej popularnych i spotykanych w handlu  mamy m.in.: 3.6,  4.8,  5.6,  5.8,  8.8,  10.9 i 12.9. Niektóre przewidziane w normie klasy nie są już stosowane (np. 9.8) lub są rzadko spotykane w handlu (np. 6.8). Istnieje też drugi system oznaczeń wynikający nie z wytrzymałości na rozciąganie, a z pomiaru twardości i wtedy wyróżniamy klasę 14H, 22H, 33H i 45H. Stosowana jest czasem w przypadku nakrętek i np. wkrętów dociskowych, a to z powodu niemożności wykonania pomiaru na tzw. „zrywarce” ze względu na kształt elementu lub jego mały rozmiar.

W przypadku śrub ze zmniejszonym łbem stosuje się zasadę dodawanie zera przed właściwym oznaczeniem klasy. Ma to zastosowanie  w przypadku śrub z łbem stożkowym (np. DIN7991) lub śrub inbusowych z niskim łbem (np. DIN7984, DIN6912, ISO7380). Zapis klasy wygląda wtedy w postaci: 08.8,  010.9,  012.9.

Klasy nakrętek.

Oznaczenie klasy nakrętek składa się tylko z jednej liczby, którą identycznie jak w przypadku śrub, jest 0,01 minimalnej wymaganej wytrzymałości na rozciąganie. Zatem np. kl.5 oznacza 500MPa, kl.6 – 600MPa, a 12 – 1200MPa wytrzymałości na rozciąganie. Wartości Re w przypadku nakrętek się nie określa. Jak już wspomniano wcześniej stosuję się czasem oznaczenie klasy wynikające z pomiaru twardości wyróżniając klasy takie jak: 14H (140HV), 22H (220HV) , 33H (330HV) i 45H (450HV).

W przypadku nakrętek niskich wyróżnia się tylko dwie klasy: 04 oraz 05. Oba symbole bazują na parametrze Rm, natomiast dodatkowe zero przed cyfrą dodaje się ze względu na niski profil nakrętki i zmniejszoną przez to całkowitą wytrzymałość. Nakrętki takie należy więc stosować w miejscach o niższych wymogach technicznych lub jako przeciwnakrętki kontrujące. Nakrętki klasy 05 powinny być ulepszona cieplnie.

Klasy podkładek.

Klasę podkładek określa się na podstawie pomiaru twardości metodą Vickersa (HV). Wynikają z tego wartości w poniższych zakresach: 100-140HV – podkładki miękkie, ze stali niskowęglowej (np. S235 lub podobnej).

200HV – podkładki utwardzone ze stali o wyższej zawartości węgla (np. C35).

300HV – podkładki utwardzone ze stali o wyższej zawartości węgla (np. C45).

Dobór śrub  i nakrętek ze względu na klasę własności mechanicznych.

Istnieje zalecenie lub często wręcz bezwzględna konieczność dopasowania wytrzymałości elementów zestawu śrubowego tak aby żaden z elementów złącza – śruba/nakrętka/podkładka – nie stanowił słabszego ogniwa mogącego znacząco pogorszyć nośność złącza. Wytyczne są jednak dosyć proste i polegają na dobraniu najlepiej takich samych klas śruby i nakrętki. Opcjonalnie możemy dobrać nakrętek o wyższej klasie (nigdy odwrotnie).

Przykładowo:

Do śrub lub wkrętów w klasie 4.8/5.6/5.8 dobieramy nakrętki w klasie 5 lub 6, a w przypadku nakrętek niskich klasę – 04. Do takiego zestawu zaleca się zwykłe podkładki o twardości 100-140HV (wg twardości Vickersa).

Do śrub lub wkrętów w klasie 8.8 dobieramy nakrętki w klasie 8 lub wyższej, a w przypadku nakrętek niskich klasę – 05. Do takiego zestawu zaleca się podkładki utwardzone o twardości 200HV.

Do śrub lub wkrętów w klasie 10.9 dobieramy nakrętki w klasie 10 lub wyższej. Do takiego zestawu zaleca się podkładki utwardzone o twardości 300HV.

Do śrub lub wkrętów w klasie 12.9 dobieramy nakrętki w klasie 12. Do takiego zestawu również zaleca się podkładki o twardości 300HV.