Cấp bền bu lông là con số dập trên đầu bu lông như 4.6, 5.6, 8.8, 10.9, cho biết độ bền kéo và giới hạn chảy của bu lông theo tiêu chuẩn ISO 898-1. Ví dụ bu lông 8.8 có giới hạn bền kéo danh nghĩa 800 MPa và giới hạn chảy bằng 80% giá trị đó. Chọn sai cấp bền là nguyên nhân phổ biến khiến liên kết kết cấu thép, mặt bích, chân cột bị hỏng. Bài viết giải thích cách đọc cấp bền, bảng cơ tính, bảng tra kích thước bu lông lục giác M6 đến M30 và cách chọn bu lông, đai ốc đúng cặp.
Cách đọc cấp bền bu lông
Cấp bền gồm hai số cách nhau bởi dấu chấm, ví dụ 8.8:
- Số thứ nhất × 100 = giới hạn bền kéo danh nghĩa (MPa): 8 × 100 = 800 MPa.
- Số thứ hai / 10 = tỷ số giữa giới hạn chảy và giới hạn bền: 0,8.
- Nhân hai kết quả = giới hạn chảy danh nghĩa: 800 × 0,8 = 640 MPa.
Tương tự, bu lông 4.6 có giới hạn bền 400 MPa, giới hạn chảy 240 MPa. Bu lông 10.9 có giới hạn bền khoảng 1.000 MPa (tối thiểu 1.040 MPa), giới hạn chảy khoảng 900 MPa (tối thiểu 940 MPa). Ý nghĩa của giới hạn chảy và giới hạn bền với vật liệu thép được giải thích trong bài mác thép, giới hạn chảy và giới hạn bền.
Bảng cơ tính bu lông theo ISO 898-1
| Cấp bền | Giới hạn bền kéo tối thiểu (MPa) | Giới hạn chảy tối thiểu (MPa) | Vật liệu, xử lý thường gặp |
|---|---|---|---|
| 4.6 | 400 | 240 | Thép cacbon thấp, không nhiệt luyện |
| 4.8 | 420 | 340 | Thép cacbon thấp, thường dập nguội |
| 5.6 | 500 | 300 | Thép cacbon, không nhiệt luyện |
| 5.8 | 520 | 420 | Thép cacbon, dập nguội |
| 6.8 | 600 | 480 | Thép cacbon |
| 8.8 (đến M16) | 800 | 640 | Thép cacbon trung bình, tôi và ram |
| 8.8 (trên M16) | 830 | 660 | Thép cacbon trung bình, tôi và ram |
| 10.9 | 1.040 | 940 | Thép hợp kim, tôi và ram |
| 12.9 | 1.220 | 1.100 | Thép hợp kim, tôi và ram |
Bu lông từ cấp 8.8 trở lên phải được tôi và ram mới đạt cơ tính. Vì vậy bu lông 8.8 giả thường làm từ thép thường dập ký hiệu, bề ngoài giống hệt nhưng chịu lực kém xa. Nguyên lý tôi, ram được trình bày trong bài tôi và ram thép để tăng độ bền.
Bu lông chịu được bao nhiêu lực?
Tải trọng kéo đứt tối thiểu xấp xỉ bằng giới hạn bền nhân diện tích chịu ứng suất của phần ren (As). Bảng tham khảo:
| Cỡ ren | As (mm²) | Cấp 4.6 (kN) | Cấp 8.8 (kN) | Cấp 10.9 (kN) |
|---|---|---|---|---|
| M10 | 58,0 | 23,2 | 46,4 | 60,3 |
| M12 | 84,3 | 33,7 | 67,4 | 87,7 |
| M16 | 157 | 62,8 | 125,6 | 163,3 |
| M20 | 245 | 98,0 | 203,3 | 254,8 |
| M24 | 353 | 141,2 | 293,0 | 367,1 |
| M30 | 561 | 224,4 | 465,6 | 583,4 |
Đây là lực làm đứt bu lông, không phải lực cho phép khi thiết kế. Khả năng chịu lực của liên kết bu lông còn phụ thuộc chịu cắt, ép mặt bản thép, bản mã và hệ số an toàn theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép. Xem bài bản mã thép và liên kết bu lông.
Bảng tra kích thước bu lông lục giác thông dụng
Kích thước theo các tiêu chuẩn ISO (ren hệ mét bước lớn, bu lông lục giác ISO 4014/4017, đai ốc ISO 4032):
| Cỡ ren | Bước ren (mm) | Cỡ cờ lê (mm) | Chiều cao đầu bu lông (mm) | Chiều cao đai ốc (mm) |
|---|---|---|---|---|
| M6 | 1,0 | 10 | 4,0 | 5,2 |
| M8 | 1,25 | 13 | 5,3 | 6,8 |
| M10 | 1,5 | 16 | 6,4 | 8,4 |
| M12 | 1,75 | 18 | 7,5 | 10,8 |
| M16 | 2,0 | 24 | 10 | 14,8 |
| M20 | 2,5 | 30 | 12,5 | 18 |
| M24 | 3,0 | 36 | 15 | 21,5 |
| M30 | 3,5 | 46 | 18,7 | 25,6 |
Lưu ý: bu lông theo tiêu chuẩn DIN cũ có một số cỡ cờ lê khác ISO, ví dụ M10 là 17 mm, M12 là 19 mm, M14 là 22 mm, M22 là 32 mm. Khi chuẩn bị dụng cụ và đặt hàng thay thế, cần kiểm tra bu lông đang dùng theo tiêu chuẩn nào.
Chọn đai ốc và long đen đúng cặp
- Đai ốc có cấp bền riêng (ISO 898-2), ký hiệu một số: cấp 8 đi với bu lông 8.8, cấp 10 đi với bu lông 10.9. Dùng đai ốc yếu hơn bu lông, ren đai ốc sẽ tuột trước khi bu lông đạt tải.
- Bu lông cường độ cao trong kết cấu thép dùng long đen cứng (đã tôi) tương ứng.
- Bu lông, đai ốc, long đen nên cùng một lô và cùng lớp phủ để tránh ăn mòn điện hóa và kẹt ren.
Bu lông mạ kẽm và bu lông cường độ cao
- Mạ điện: lớp mỏng, sáng, dùng trong nhà.
- Mạ kẽm nhúng nóng: lớp dày, dùng ngoài trời, cột điện, kết cấu thép. Ren đai ốc được tarô rộng hơn để vừa lớp kẽm.
- Cấp 10.9 trở lên: mạ nhúng nóng và mạ điện có nguy cơ giòn hydro, cần quy trình phù hợp. Cấp 12.9 thường không mạ nhúng nóng.
- Bu lông kết cấu theo hồ sơ Mỹ: dùng tiêu chuẩn ASTM F3125 (gộp các mác A325, A490 trước đây). Cách đọc mã ASTM có trong bài tiêu chuẩn ASTM và các mã thường gặp.
Ứng dụng theo cấp bền
| Cấp bền | Ứng dụng tham khảo |
|---|---|
| 4.6, 4.8, 5.6 | Liên kết phụ, lan can, giá đỡ, bu lông neo móng chịu lực nhỏ, đồ gỗ, cơ khí nhẹ |
| 8.8 | Liên kết kết cấu thép nhà xưởng, mặt bích, chân cột, máy móc |
| 10.9 | Liên kết chịu lực lớn, liên kết ma sát, cầu, kết cấu chịu tải động |
| 12.9 | Cơ khí chính xác, khuôn, máy chịu tải rất lớn |
Cấp bền của từng liên kết luôn lấy theo bản vẽ thiết kế. Bu lông nối mặt bích đường ống cũng có yêu cầu cấp bền theo áp lực làm việc. Xem bài mặt bích và bu lông mặt bích.
Mác thép tròn đặc dùng làm bu lông, ty ren như SS400, S45C, SCM440 có trong bài thép tròn đặc làm bu lông.
Câu hỏi thường gặp
Bu lông 8.8 là gì?
Là bu lông cấp bền 8.8 theo ISO 898-1: giới hạn bền kéo danh nghĩa 800 MPa, giới hạn chảy danh nghĩa 640 MPa, làm từ thép cacbon trung bình tôi và ram.
Bu lông 10.9 và 8.8 khác nhau thế nào?
Bu lông 10.9 có giới hạn bền khoảng 1.040 MPa và giới hạn chảy 940 MPa, cao hơn khoảng 25 đến 30% so với 8.8, dùng cho liên kết chịu lực lớn.
Bu lông M20 cờ lê bao nhiêu?
Theo ISO là 30 mm. Một số bu lông theo DIN cũ cùng là 30 mm.
Bu lông M16 cấp 8.8 chịu được bao nhiêu kg?
Tải trọng kéo đứt tối thiểu khoảng 125,6 kN, tương đương khoảng 12,8 tấn lực. Lực cho phép thiết kế nhỏ hơn nhiều sau khi chia hệ số an toàn.
Kết luận
Cấp bền bu lông cho biết bu lông chịu được bao nhiêu: số thứ nhất là giới hạn bền, tích hai số cho giới hạn chảy. Chọn đúng cấp bền, đúng đai ốc, đúng lớp mạ và kiểm tra chứng chỉ giúp liên kết làm việc an toàn. Cần báo giá thép tròn đặc làm bu lông, ty ren hoặc thép kết cấu, hãy liên hệ Giá Thép Hôm Nay.