Klasy własności śrub 8.8, 10.9 i 12.9: Stale i obróbka cieplna

Odczytywanie oznaczenia

Zgodnie z ISO 898-1, klasa własności X.Y oznacza:

• Nominalna wytrzymałość na rozciąganie ≈ X × 100 MPa
• Stosunek granicy plastyczności ≈ Y/10 — zatem 10.9 osiąga granicę plastyczności przy około 90% swojej wytrzymałości na rozciąganie

Klasa	Rozciąganie (nominalne)	Plastyczność (nominalna)	Typowy zakres twardości
8.8	800 MPa	640 MPa	około 23–34 HRC
10.9	1000 MPa	900 MPa	około 32–39 HRC
12.9	1200 MPa	1080 MPa	około 39–44 HRC

Typowe stale

• 8.8: stale średniowęglowe (klasa C35/1045) lub stale borowe dla mniejszych średnic, ulepszane cieplnie. Klasa robocza konstrukcyjna i maszynowa.
• 10.9: stale stopowe, takie jak 42CrMo4 / SCM440 lub gatunki stopowe z borem (klasa 10B38) — potrzebne, ponieważ wyższa wytrzymałość przy większych średnicach wymaga hartowności w całym przekroju.
• 12.9: stale stopowe klasy SCM435 / 4140, ściśle kontrolowane; sufit wytrzymałości dla standardowych śrub handlowych.

Logika ulepszania cieplnego

Wszystkie trzy klasy są wytwarzane w ten sam sposób — hartowanie do martenzytu, a następnie odpuszczanie do docelowego okna — a temperatura odpuszczania dokonuje klasyfikacji. ISO 898-1 określa minimalne temperatury odpuszczania (rzędu 425 °C dla klas do 10.9 i nieco niższe dla 12.9), aby zagwarantować wytrzymałość i zachowanie relaksacji naprężeń, ponieważ niedostatecznie odpuszczona śruba może osiągnąć swoją wartość twardości, pozostając przy tym krucha.

Z fizyki wynikają dwie uwagi. Po pierwsze, wytrzymałość zależy od przekroju: śruba 12.9 o dużej średnicy jest trudniejsza do uczciwego wykonania niż mała, ponieważ rdzeń nadal musi ulec przemianie. Po drugie, 12.9 (oraz galwanizowana 10.9) jest wrażliwa na kruchość wodorową — powlekanie i trawienie kwasem wymagają kontroli wypalania, dlatego krytyczne połączenia 12.9 są często pozostawiane bez powłoki lub powlekane mechanicznie.

Czego klasa nie mówi

Klasa własności poświadcza zachowanie śruby przy rozciąganiu, nic więcej. Nie poświadcza obciążenia zaciskowego, jakie osiągnie połączenie: zainstalowane napięcie zależy od metody dokręcania i tarcia (gwint i pod łbem), dlatego tabele momentów zawsze podają warunek tarcia i dlaczego ta sama śruba 10.9 może dostarczyć bardzo różne napięcia wstępne na sucho, naoliwiona lub powlekana. Klasa nie występuje też sama — nakrętki są klasyfikowane odpowiednio (nakrętka klasy 10 do śruby 10.9 i tak dalej), a użycie nakrętki niższej klasy po cichu obniża klasę zespołu.

ISO 898-1 ogranicza również odwęglenie na powierzchni gwintu i określa twardość inaczej dla dużych średnic (powyżej około M39 norma oddaje sprawę umowie), dlatego bardzo duże elementy złączne o wysokiej wytrzymałości są często określane według norm projektowych lub hutniczych, a nie klasy katalogowej. Wreszcie, połączenia krytyczne zmęczeniowo często walcują gwinty po obróbce cieplnej — ściskające naprężenia resztkowe z walcowania wyraźnie zwiększają wytrzymałość zmęczeniową, a ta uwaga produkcyjna pojawia się w poważnych specyfikacjach śrub tuż obok klasy własności.