Klasy wytrzymałości śrub 8.8, 10.9 i 12.9 - co naprawdę oznaczają?

8.8, 10.9 i 12.9 to oznaczenia, które często można znaleźć na łbach śrub. Im wyższa liczba, tym wyższe wymagania dotyczące właściwości mechanicznych elementu. Nie oznacza to jednak, że 12.9 jest zawsze lepszym wyborem niż 10.9, a 10.9 lepszym niż 8.8. Klasa wytrzymałości powinna być dobrana do konkretnego połączenia, obciążeń i wymagań projektu.

Co oznacza klasa 8.8, 10.9 lub 12.9?

System klas właściwości mechanicznych śrub, wkrętów i szpilek ze stali węglowej oraz stopowej określa ISO 898-1. Oznaczenie można odczytać według prostej zasady.

Pierwsza liczba × 100 określa nominalną wytrzymałość na rozciąganie Rm wyrażoną w MPa.

Druga liczba określa stosunek nominalnej granicy plastyczności do nominalnej wytrzymałości na rozciąganie.

Dla klasy 8.8 wygląda to następująco:

• 8 × 100 = 800 MPa nominalnej wytrzymałości na rozciąganie,
• druga „8” oznacza stosunek 0,8,
• 800 × 0,8 = 640 MPa nominalnej granicy plastyczności.

Analogicznie:

Warto tutaj zwrócić uwagę na jedno techniczne, ale istotne rozróżnienie – powyższe wartości pokazują sposób odczytywania oznaczenia klasy. Nie są pełną tabelą wymagań ISO 898-1.

Przykładowo norma określa dla klasy 10.9 minimalną wytrzymałość na rozciąganie na poziomie 1040 MPa, a dla 12.9 – 1220 MPa. Szczegółowe wymagania dotyczące właściwości mechanicznych zależą od klasy, wymiarów elementu i warunków określonych w normie.

Do obliczeń konstrukcyjnych należy więc korzystać z właściwej normy i dokumentacji technicznej, a nie wyłącznie z prostego przeliczenia cyfr znajdujących się na łbie śruby.

Wytrzymałość na rozciąganie a granica plastyczności – jaka jest różnica?

Te dwa parametry łatwo ze sobą pomylić.

Wytrzymałość na rozciąganie Rm określa zdolność materiału do przenoszenia naprężeń rozciągających w próbie wytrzymałościowej.

Granica plastyczności mówi natomiast o poziomie naprężenia, przy którym materiał zaczyna ulegać trwałemu odkształceniu. W zależności od klasy i sposobu badania stosuje się również umowną granicę plastyczności.

W dużym uproszczeniu: jeśli śruba pracuje poniżej odpowiedniej granicy, po odciążeniu powinna wrócić do wcześniejszego kształtu. Po wejściu w zakres odkształceń plastycznych może pozostać trwale wydłużona.

Dlatego przy projektowaniu połączenia nie patrzy się wyłącznie na wartość Rm.

Klasa 8.8  – uniwersalna, ale nie „zwykła”

Śruby klasy 8.8 są bardzo szeroko stosowane w konstrukcjach stalowych, maszynach, urządzeniach i wielu innych połączeniach technicznych.

Zapewniają wysoką wytrzymałość, a jednocześnie zachowują większą plastyczność niż klasy 10.9 i 12.9.

Nie warto jednak traktować oznaczenia 8.8 jako synonimu „standardowej śruby do wszystkiego”. Jeśli projekt przewiduje inną klasę, nie należy jej zmieniać bez sprawdzenia warunków pracy połączenia.

Klasa 10.9  – gdy potrzebna jest większa wytrzymałość

Klasa 10.9 zapewnia wyższe właściwości wytrzymałościowe niż 8.8. Stosuje się ją m.in. w maszynach, pojazdach, urządzeniach przemysłowych i innych wysoko obciążonych połączeniach.

Klasa 10.9 występuje również w określonych systemach konstrukcyjnych – przykładem są omawiane wcześniej zestawy HV do połączeń sprężanych.

Tu warto jednak uważać na częsty skrót myślowy: nie każda śruba 10.9 jest śrubą HV.

Oznaczenie 10.9 określa klasę właściwości mechanicznych. HV oznacza natomiast konkretny system zestawu śrubowego przeznaczonego do połączeń sprężanych i objętego odpowiednimi wymaganiami normowymi.

Klasa 12.9 – wysoka wytrzymałość nie oznacza uniwersalności

Klasa 12.9 zapewnia jeszcze wyższy poziom właściwości wytrzymałościowych. Często spotyka się ją m.in. w wysoko obciążonych elementach maszyn oraz śrubach z gniazdem sześciokątnym.

I właśnie przy tej klasie szczególnie dobrze widać, dlaczego zasada „im wyżej, tym lepiej” nie działa.

Wraz ze wzrostem wytrzymałości zmieniają się również inne właściwości materiału. Wymagania dotyczące minimalnego wydłużenia są dla klas 10.9 i 12.9 niższe niż dla 8.8, a przy elementach wysokowytrzymałych większego znaczenia nabierają również prawidłowy montaż i sposób zabezpieczenia powierzchni.

Przy niektórych procesach powlekania trzeba uwzględnić m.in. ryzyko kruchości wodorowej. Dlatego dobór powłoki dla śruby wysokowytrzymałej nie powinien odbywać się wyłącznie na zasadzie „potrzebujemy ocynku”.

Czy można zamienić śrubę 8.8 na 10.9 lub 12.9?

Nie powinno się zakładać, że taka zamiana jest automatycznie bezpieczna tylko dlatego, że nowa śruba ma wyższą klasę.

Wyższa klasa oznacza większą wytrzymałość samego elementu, ale połączenie składa się z czegoś więcej niż tylko ze śruby.

Znaczenie mają również:

• nakrętka lub gwint wewnętrzny,
• materiał łączonych elementów,
• geometria połączenia,
• sposób i siła dokręcenia,
• obciążenia działające na połączenie,
• powłoka elementu,
• warunki środowiskowe i temperatura pracy.

Przykładowo zastosowanie mocniejszej śruby nie poprawi połączenia, jeśli ograniczeniem okaże się wytrzymałość gwintu w łączonym elemencie.

Dlatego jeśli dokumentacja wskazuje klasę 8.8, nie warto samodzielnie zamieniać jej na 10.9 lub 12.9 tylko dlatego, że „mocniejsza będzie bezpieczniejsza”.

A co z nakrętką?

Klasa nakrętki również nie jest przypadkowa.

Dla typowych nakrętek pełnych ISO 898-2 przewiduje odpowiednie zestawienie klas śruby i nakrętki. W podstawowym ujęciu wygląda ono tak:

Nakrętka wyższej klasy może w określonych warunkach zastąpić niższą, ale również tutaj trzeba uwzględnić typ nakrętki i wymagania konkretnego połączenia.

Szczególnie w odpowiedzialnych połączeniach warto więc dobierać cały układ śruba-nakrętka, zamiast patrzeć na każdy element osobno.

Czy klasa wytrzymałości mówi wszystko o śrubie?

Nie.

Oznaczenie 8.8, 10.9 czy 12.9 nie informuje między innymi o odporności na korozję, rodzaju powłoki ani właściwym momencie dokręcania. Dwie śruby klasy 8.8 mogą mieć tę samą klasę właściwości mechanicznych, a jednocześnie różnić się:

• wymiarem i rodzajem gwintu,
• normą wykonania,
• powłoką,
• odpornością na korozję,
• współczynnikiem tarcia,
• przeznaczeniem.

Nie należy również bezpośrednio porównywać oznaczeń 8.8, 10.9 i 12.9 z oznaczeniami śrub nierdzewnych, takimi jak A2-70 czy A4-80. To inny system klasyfikacji właściwości.

4 rzeczy, które warto zapamiętać

1. 8.8, 10.9 i 12.9 określają klasę właściwości mechanicznych

Nie jest to oznaczenie jakości producenta ani rodzaju powłoki.

2. Wyższa liczba nie oznacza automatycznie lepszego wyboru

Klasa powinna wynikać z wymagań konkretnego połączenia.

3. Sama klasa śruby to za mało

Trzeba uwzględnić również nakrętkę, gwint, materiał łączonych elementów, powłokę i sposób montażu.

4. Nie każda śruba 10.9 jest HV

Klasa właściwości mechanicznych i system połączenia to dwie różne informacje.

Jaką klasę śruby wybrać?

Najbezpieczniejsza odpowiedź brzmi: taką, jaka wynika z projektu, dokumentacji technicznej lub wymagań danej aplikacji.

Jeżeli znasz tylko średnicę i długość śruby, to często za mało, aby prawidłowo dobrać element. W zastosowaniach technicznych znaczenie mogą mieć również klasa wytrzymałości, norma wykonania, skok gwintu, powłoka oraz warunki pracy połączenia.