Wybór odpowiednich elementów złącznych, takich jak śruby, ma fundamentalne znaczenie dla bezpieczeństwa i trwałości każdej konstrukcji. Jednym z kluczowych parametrów, na który należy zwrócić uwagę, jest klasa twardości śrub. Określa ona właściwości mechaniczne materiału, z którego wykonano śrubę, a co za tym idzie – jej odporność na obciążenia mechaniczne.

Zrozumienie oznaczeń klas wytrzymałości śrub pozwala na świadomy dobór śrub do konkretnego zastosowania, minimalizując ryzyko awarii.

Co oznaczają symbole na łbie śruby?

Charakterystyczne oznaczenie, często wytłoczone na łbie śruby, to nic innego jak informacja o jej klasie wytrzymałości. Standardowo jest to dwucyfrowy symbol, np. 4.6, 5.8, 8.8, 10.9 czy 12.9. Każda z tych cyfr niesie ze sobą konkretne informacje.

Pierwsza cyfra, pomnożona przez 100, oznacza minimalną wytrzymałość na rozciąganie (Rm) wyrażoną w megapaskalach (MPa). Jest to maksymalne naprężenie, jakie śruba może przenieść przed zerwaniem śruby.

Druga cyfra natomiast, pomnożona przez 10, określa stosunek minimalnej granicy plastyczności (Re) do minimalnej wytrzymałości na rozciąganie.

Granica plastyczności to wartość naprężenia, po której przekroczeniu materiał zaczyna ulegać trwałym odkształceniom – innymi słowy, śruba zacznie tracić swój pierwotny kształt, nawet po usunięciu obciążenia. Wysoka granica plastyczności jest pożądana w większości zastosowań konstrukcyjnych.

Dla przykładu klasa śruby 8.8 oznacza, że jej minimalna wytrzymałość na rozciąganie wynosi 8 x 100 = 800 MPa, a jej granica plastyczności to 800 MPa x (8 x 0,1) = 640 MPa. Im wyższe wartości obu cyfr, tym większą wytrzymałość i twardość śruby możemy oczekiwać.

Klasy ,,literowe”

Oprócz liczbowego systemu klasyfikacji właściwości mechanicznych, na elementach złącznych można również napotkać oznaczenia literowe. Te symbole, zazwyczaj od A do C, odnoszą się do klasy dokładności wykonania danego elementu:

• A – oznacza wykonanie dokładne, charakteryzujące się wąskimi tolerancjami wymiarowymi.
• B – wskazuje na średnią dokładność wykonania, z typowymi tolerancjami.
• C – sygnalizuje wykonanie zgrubne, gdzie dopuszczalne są większe odchyłki wymiarowe.

Dodatkowo, w kontekście klasyfikacji śrub i wkrętów, można natknąć się na oznaczenie klasy H. Symbole takie jak 14H, 22H, 33H czy 45H odnoszą się do twardości materiału, gdzie liczba poprzedzająca “H” reprezentuje 10% wartości twardości wyrażonej w skali Vickersa (HV). Przykładowo, oznaczenie 22H sugeruje twardość materiału na poziomie około 220 HV.

Przegląd popularnych klas wytrzymałości

Istnieje kilka podstawowych klas wytrzymałości, które znajdują szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu:

Klasy 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8

Są to tzw. śruby zwykłe, wykonane najczęściej ze stali niskowęglowej. Charakteryzują się umiarkowaną wytrzymałością śrub i są stosowane w połączeniach mniej odpowiedzialnych, gdzie nie występują ekstremalne obciążenia mechaniczne. Przykładowo, klasa wytrzymałości śruby 5.8 będzie miała minimalną wytrzymałość na rozciąganie 500 MPa i granicę plastyczności 400 MPa.

Klasy 8.8, 9.8, 10.9, 12.9

To śruby o podwyższonej lub wysokiej klasie wytrzymałości. Klasy 8.8 i wyższe są zazwyczaj produkowane ze stali niskowęglowej z dodatkami stopowymi (np. bor, mangan, chrom) lub stali średniowęglowej hartowanej i odpuszczanej. Proces hartowania i odpuszczania znacząco wpływa na twardość śruby i jej ogólne właściwości mechaniczne.

Śruby te są niezbędne w konstrukcjach maszyn, w przemyśle motoryzacyjnym, w budownictwie mostów i wszędzie tam, gdzie połączenia muszą przenosić duże siły i są narażone na zmęczenie materiału. Klasę twardości 12.9 często wykonuje się ze stali niskostopowej z dodatkiem składników stopowych takich jak chrom, nikiel, molibden czy wanad.

Należy pamiętać, że oprócz klasy twardości, na właściwości połączenia wpływają również inne czynniki, takie jak długość śruby, rodzaj gwintu czy dokładność wykonania elementów złącznych.

Znaczenie doboru odpowiedniej klasy twardości

Prawidłowy dobór śrub pod kątem ich klasy wytrzymałości jest kluczowy. Użycie śruby o zbyt niskiej klasie twardości w miejscu narażonym na wysokie naprężenia może prowadzić do jej przedwczesnego uszkodzenia – odkształcenia plastycznego lub nawet zerwania, co może skutkować poważną awarią całej konstrukcji. Z kolei stosowanie śrub o niepotrzebnie wysokiej klasie wytrzymałości w miejscach, gdzie wystarczą śruby o niższych parametrach (np. 4.8, 5.6, 5.8, 6.8), może być nieuzasadnione ekonomicznie.

Warto również zwrócić uwagę na to, że wyższa klasa wytrzymałości często idzie w parze z większą kruchością materiału. Dlatego w niektórych zastosowaniach, gdzie ważna jest zdolność do przenoszenia obciążeń dynamicznych i pewna ciągliwość, nie zawsze najwyższa klasa twardości będzie optymalnym wyborem.

Ważne jest, aby analizować nie tylko wytrzymałość, ale cały kontekst pracy danego połączenia. Zrozumienie, co oznacza minimalną wytrzymałość i jaki jest stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie, pozwala na inżynierskie podejście do projektowania połączeń śrubowych.

Podsumowanie

Podsumowując, klasy twardości śrub to fundamentalna wiedza dla każdego inżyniera, konstruktora i majsterkowicza. Świadomy wybór klasy wytrzymałości śruby, oparty na zrozumieniu jej parametrów – przede wszystkim minimalnej wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności – gwarantuje bezpieczeństwo, trwałość i niezawodność realizowanych projektów.