Класс прочности шпильки: что это и как выбрать прочную шпильку

Класс прочности шпильки – это стандартизированный показатель, который говорит о механических свойствах крепежного изделия. Клас прочности помогает понять, насколько прочно изделие и для каких нагрузок оно предназначено. Также этот показатель используется для болтов и винтов.  В этой статье рассмотрим, что такое класс прочности шпильки, что от него зависит и как выбрать крепкую шпильку под ваши задачи.

Что означают цифры класса прочности шпильки?

Показатель класс прочности шпильки состоит из двух цифр, разделенных точкой, и каждая цифра имеет свое значение. Например, шпилька класс прочности 8.8 или шпилька класс прочности 10.9.

Рассмотрим более подробно на примере шпильки с классом прочности 8.8:  

• Первая цифра (8): указывает на предел прочности на разрыв (временное сопротивление). Чтобы получить его значение в мегапаскалях (МПа), нужно умножить первую цифру на 100. 
  Для класса прочности 8.8: 8×100=800 МПа. Это означает, что шпилька выдерживает нагрузку до 800 МПа, прежде чем произойдет ее разрушение.
• Вторая цифра (8): указывает на отношение предела текучести к пределу прочности, умноженное на 10.
  Для класса 8.8: чтобы найти предел текучести, нужно умножить предел прочности (800 МПа) на вторую цифру (8) и разделить на 10.
  800×8/10 = 640 МПа. Это значит, что шпилька начинает необратимо деформироваться (вытягиваться или сжиматься) при нагрузке 640 МПа. При меньших нагрузках она вернется в исходное состояние.

Таким образом, чтобы выбрать подходящие шпильки резьбовые, нужно ориентироваться и на класс прочности.  

Как перевести мегапаскали в килограммы силы?

И все же для обывателя показатель прочности в мегапаскалях мало о чем говорит. Чтобы было проще, мы можем перевести это в килограммы силы (кгс), которые понятнее, поскольку связаны с нашим ежедневным опытом.

Важно понимать, что мы не можем просто перевести МПа в кгс без учета площади сечения шпильки. Мегапаскали –  это давление, то есть сила, распределённая на площадь. Чтобы получить общую силу (в килограммах), нужно знать эту площадь.

Площади сечения шпилек: М6 – 28.3 кв. мм, М8 – 50.3 кв. мм, М10 – 78.5 кв. мм, М12 – 113.1 кв. мм

1 МПа ≈ 0.102 кгс/мм²

Формула для расчета нагрузки в килограмм-силах выглядит так:

Нагрузка (кгс) = Напряжение (МПа) × Площадь сечения (мм²) × 0.102

Для примера покажем, какую нагрузку выдерживает шпилька М8 разных классов прочности. 

Таблица прочности для шпильки М8 с разными классами прочности

Класс прочности	Предел текучести (МПа) (начало растяжения)	Предел прочности на разрыв (МПа) (разрушение)	Нагрузка до начала растяжения (кгс) (примерно)	Нагрузка до разрушения (кгс) (примерно)
3.6	180 Мпа	300 Мпа	50.3×180×0.102 ≈ 920 кгс	50.3×300×0.102 ≈ 1540  кгс
4.6	240 Мпа	400 Мпа	50.3×240×0.102 ≈ 1230 кгс	50.3×400×0.10 2≈ 2050 кгс
4.8	320 Мпа	400 Мпа	50.3×320×0.102 ≈ 1640 кгс	50.3×400×0.10 2≈ 2050 кгс
5.6	300 Мпа	500 Мпа	50.3×300×0.102 ≈ 1540 кгс	50.3×500×0.102 ≈ 2560 кгс
5.8	400 Мпа	500 Мпа	50.3×400×0.102 ≈ 2050 кгс	50.3×500×0.102 ≈ 2560 кгс
6.8	480 Мпа	600 Мпа	50.3×480×0.102 ≈ 2460 кгс	50.3×600×0.102 ≈ 3080 кгс
8.8	640 Мпа	800 Мпа	50.3×640×0.102 ≈ 3280 кгс	50.3×800×0.102 ≈ 4100 кгс
9.8	720 Мпа	900 Мпа	50.3×720×0.102 ≈ 3690 кгс	50.3×900×0.102 ≈ 4610 кгс
10.9	900 Мпа	1000 Мпа	50.3×900×0.102  ≈ 4610 кгс	50.3×1000×0.102 ≈ 5130 кгс
12.9	1080 Мпа	1200 Мпа	50.3×1080×0.102 ≈ 5540 кгс	50.3×1200×0.102 ≈ 6170 кгс

Важно: тип нагрузки имеет значение

Когда мы говорим о классах прочности шпилек 3.6, 4.8, 8.8 и так далее, эти цифры в первую очередь описывают поведение материала при растяжении (или сжатии вдоль оси). Именно на такие нагрузки шпильки, болты и винты спроектированы и используются чаще всего — например, когда гайка накручивается на шпильку и "стягивает" детали вместе.

Как только вы прикладываете боковую нагрузку, пытаясь согнуть или срезать шпильку, её способность выдерживать эту нагрузку будет значительно ниже, чем те тысячи килограммов, о которых мы говорили применительно к растяжению.

Поэтому, если ваша задача — использовать шпильку в качестве оси, которая будет испытывать боковые нагрузки или изгиб, нужно выбирать не только по классу прочности, но и по другим параметрам, например, по диаметру (чем толще, тем сложнее согнуть) и длине (чем короче, тем сложнее согнуть). В некоторых случаях для таких задач используются специальные оси или валы, а не стандартные шпильки.

Основные классы прочности шпилек и их применение

Впрочем, если вы не инженер, а просто выбираете прочную шпильку, все эти расчеты вам ни к чему. Вот основные классы прочности шпилек, которые встречаются на рынке:

Низкопрочный крепеж (обычно без термообработки):

• Шпилька 3.6: самый низкий класс прочности. Используется для очень легких, ненагруженных соединений.
• Шпилька 4.6: тоже низкопрочный. Применяется для общих строительных работ, где нет значительных нагрузок (например, легкие деревянные конструкции).
• Шпилька 4.8: это базовый класс для общих применений, где не требуется выдерживать высокие нагрузки. 
• Шпилька 5.6: Немного прочнее, чем 4.6.
• Шпилька 5.8: Прочнее, чем 4.8. Часто используется для массовых соединений в машиностроении, где необходима немного большая прочность, чем у 4.8. 
• Шпилька 6.8: Еще прочнее, но все еще относится к обычным.

Высокопрочный крепеж (проходит термообработку):

Это крепеж, который подвергается специальной термической обработке (закалке и отпуску), что значительно повышает его прочность.

• Шпилька 8.8: один из самых распространенных классов высокопрочного крепежа. Широко используется в машиностроении, строительстве, для ответственных соединений, где требуются средние и высокие нагрузки. 
• Шпилька 9.8: еще более прочный, чем 8.8.
• Шпилька 10.9: высокопрочный крепеж для очень ответственных соединений и высоких нагрузок. Часто применяется в мостостроении, тяжелом машиностроении, для крепления двигателей и других критически важных узлов. 
• Шпилька 12.9: самый высокий из распространенных классов прочности. Используется для самых нагруженных и ответственных соединений, где требуется максимальная прочность и компактность крепежа (например, в подъемной технике, критических узлах машин).

Как выбрать прочную шпильку?

Теперь, когда вы знаете, что означают таинственные цифры на шпильке, выбор становится намного проще. Класс прочности шпильки – это ваш главный ориентир, определяющий, насколько надёжно и безопасно будет соединение.

Не переплачивайте за избыточную прочность там, где она не нужна, выбирая низкопрочные шпильки (3.6 – 6.8) для бытовых нужд, лёгких конструкций и ненагруженных соединений.

И наоборот, никогда не экономьте на безопасности, используя высокопрочные шпильки (8.8 – 12.9) для ответственных узлов, тяжёлых машин, мостовых конструкций и везде, где к соединению предъявляются повышенные требования.