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8.8 oder A2-70? Was eine Festigkeitsklasse verspricht
Kurz gesagt: 8.8 ist keine Teilenummer, sondern eine Gleichung. Die Ziffer links vom Punkt ist ein Hundertstel der Nennzugfestigkeit in MPa, die Ziffer rechts davon das Zehnfache des Verhältnisses von Streckgrenze zu Zugfestigkeit. Multipliziert man beide, erhält man die Nennstreckgrenze. Der Name der Klasse nennt also die beiden Zahlen, um die eine Verbindung tatsächlich ausgelegt wird — und das Edelstahlsystem, das nach derselben Idee aussieht, verschlüsselt nur eine davon.
Warum die Bezeichnung so aufgebaut ist
ISO 898-1 Abschnitt 5 definiert das Kurzzeichen direkt. Die Zahl links vom Punkt „gibt 1/100 der Nennzugfestigkeit Rm,nom in Megapascal an“. Die Zahl rechts davon „gibt das 10-Fache des Verhältnisses zwischen Nennstreckgrenze und Nennzugfestigkeit an“ (sinngemäß übersetzt). Die Norm nennt dann ausdrücklich die Folge: Das Produkt beider ergibt die Nennstreckgrenze in MPa.
Deshalb hat eine Klasse zwei Ziffern statt einer. Eine einzelne Zahl würde nennen, wie fest die Schraube ist, bevor sie bricht. Zwei Zahlen nennen, wie fest sie ist, bevor sie bricht, und wie viel davon nutzbar ist, bevor sie nicht mehr zurückfedert. Eine Verbindung wird von der Klemmkraft gehalten, die die gedehnte Schraube erzeugt; die gewünschte Vorspannkraft ergibt sich also aus der Verbindung — äußere Last, Steifigkeit, was nötig ist, damit sie nicht klafft oder rutscht. Die Festigkeitsklasse liefert die Obergrenze dieses Wunsches, und diese Obergrenze ist die elastische, weil die Dehnung jenseits der Streckgrenze nicht zurückgeht. ISO 898-1 führt aus demselben Grund eine Prüfspannung gesondert auf: Für 10.9 beträgt sie 830 MPa bei einer Mindeststreckgrenze von 940 MPa, die Zahl, gegen die eine Verbindung gerechnet wird, ist also nicht immer die, die der Name liefert.
8.8 liest sich also so: 800 MPa Nennzugfestigkeit, Streckgrenzenverhältnis 0,8, also 640 MPa Nennstreckgrenze. 10.9 liest sich als 1 000 und 0,9, also 900. Bis hierhin muss nichts nachgeschlagen werden, und genau darum geht es bei dieser Schreibweise.
Die zugehörige Mutter trägt eine einzige Zahl, und sie beschreibt die Schraube: Die Mutter hat eine Zahl.
Der andere Buchstabe, den man als Qualität liest, liegt auf einer ganz anderen Achse: Produktklasse ist keine Qualitätsstufe.
Nennwert ist nicht Mindestwert, und oberhalb von 8.8 weichen sie ab
Der Name wird aus Nennwerten gebildet, und ISO 898-1 vermerkt in einer Fußnote, dass sie „nur für das Bezeichnungssystem“ existieren. Ausgelegt wird gegen die Spalte der Mindestwerte, und die beiden Spalten sind nicht gleich:
| Klasse | Rm nom | Rm min | Rp0.2 nom | Rp0.2 min |
|---|---|---|---|---|
| 8.8 (d ≤ 16) | 800 | 800 | 640 | 640 |
| 8.8 (d > 16) | 800 | 830 | 640 | 660 |
| 9.8 (d ≤ 16) | 900 | 900 | 720 | 720 |
| 10.9 | 1 000 | 1 040 | 900 | 940 |
| 12.9 | 1 200 | 1 220 | 1 080 | 1 100 |
- Bei 8.8 und 9.8 geht die Gleichung genau auf, weshalb die Schreibweise beim ersten Kontakt so verlässlich wirkt
- Bei 10.9 und 12.9 liegt der Mindestwert über dem Nennwert. Eine 10.9-Schraube muss 1 040 MPa erreichen, nicht 1 000, und 940 MPa Streckgrenze statt 900
- 8.8 teilt sich bei M16. Oberhalb dieses Durchmessers trägt dieselbe Kennzeichnung eine höhere Anforderung, „8.8“ ist also über den Größenbereich nicht eine einzige Zahl
Die Richtung ist bequem, die Gewohnheit nicht. Wer 1 000 dort einsetzt, wo eine Bruchlast auf Zug gefragt ist, rechnet konservativ, und an diesen Fall denkt man, wenn man die Lücke für harmlos hält. Harmlos ist sie nicht mehr, sobald dieselbe Zahl als Prüf- oder Streckgrenzwert verwendet wird, also für eine andere Eigenschaft, oder sobald eine Vorspannkraft so niedrig angesetzt wird, dass die Verbindung Reserve gegen Klaffen, Rutschen oder Vibration verliert. Die Kennzeichnung als Wert zu lesen ist die Gewohnheit, und im nächsten Abschnitt kostet sie etwas.
Das Edelstahlsystem ist nicht dasselbe System
ISO 3506-1 Abschnitt 5.3 definiert die Festigkeitsklasse als „eine Zahl, die 1/10 der Mindestzugfestigkeit entspricht“ (sinngemäß übersetzt). Eine Zahl für eine Eigenschaft. Ein Streckgrenzenverhältnis steckt nicht darin, und keine Rechnung bringt eines hervor, weil die Bezeichnung diese Information nie getragen hat.
| Klasse | Zugfestigkeit min | Streckgrenze min | Streckgrenze in % der Zugfestigkeit |
|---|---|---|---|
| 8.8 (d ≤ 16) | 800 | 640 | 80 % |
| A2-70 / A4-70 | 700 | 450 | 64 % |
| A2-80 / A4-80 | 800 | 600 | 75 % |
| A2-50 / A4-50 | 500 | 210 | 42 % |
Bei diesem Tausch tappen viele in die Falle. Gegenüber 8.8 gibt A2-70 12,5 % Zugfestigkeit auf — 700 gegen 800, nah genug, dass der Tausch wie ein Rundungsfehler aussieht. Es gibt 30 % Streckgrenze auf: 450 gegen 640. Und aus der Streckgrenze wurde die Vorspannkraft abgeleitet, die Verbindung verliert also weit mehr Klemmvermögen, als der Schlagzeilenvergleich vermuten lässt.
A2-50 ist der Extremfall desselben Punkts. Seine Streckgrenze beträgt 42 % seiner Zugfestigkeit. Austenitischer Edelstahl lässt sich nicht wie eine Schraube aus Kohlenstoffstahl durch Vergüten härten, die höheren Klassen werden daher durch Kaltverfestigung erreicht — ISO 3506-1 beschreibt Klasse 70 als kaltverfestigt und ordnet Klasse 50 dem lösungsgeglühten Zustand zu. Es geht nicht darum, dass die eine Zahl die andere verursacht, sondern darum, dass eine Familie mit anderem Verfestigungsweg keinen Grund hat, die Streckgrenze dort anzusiedeln, wo eine vergütete Familie sie ansiedelt. „Edelstahl mit etwa gleicher Festigkeit“ ist also eine Aussage über eine Spalte einer Tabelle, und Buchstabe und Zahl beantworten ohnehin zwei voneinander unabhängige Fragen.
Also die höhere Klasse nehmen — und genau dort kippt es
Eine höhere Zahl kauft Festigkeit und bezahlt mit anderem, und ISO 898-1 verzeichnet die Kosten in derselben Tabelle:
- Die Duktilität sinkt. Die Mindestbruchdehnung beträgt 12 % bei 8.8, 9 % bei 10.9 und 8 % bei 12.9. Eine Verbindung, die einmaliges Überziehen oder einen Stoß überstehen muss, verlässt sich auf den Teil der Kurve, der hier eingetauscht wird
- Eine Obergrenze der Oberflächenhärte kommt hinzu. Nur 10.9 und 12.9 haben eine, bei 390 und 435 HV 0.3. Sie gehört zur Aufkohlungsprüfung und kontrolliert, dass die Oberfläche nicht durch einen unbeabsichtigten Prozess über den Kern hinaus gehärtet wurde — die Warnung der Norm vor Versprödung und Ermüdung bezieht sich darauf, nicht auf eine allgemeine Regel, dass härtere Oberflächen schlechter seien
- Die Beschichtung ist keine freie Wahl mehr. ISO 4042 verlangt für innere Wasserstoffversprödung drei Dinge gleichzeitig — hohe Festigkeit oder Härte, Zugspannung und aufgenommenen Wasserstoff — und sagt, dass die Anfälligkeit mit der Härte zunimmt. Ihre Tabelle für Verbindungselemente nach ISO 898-1 zieht dann zwei Linien nach Klasse: unter 10.9 keine zusätzliche Verifizierung und kein Tempern; bei 10.9 Verifizierung und/oder Produktprüfung, mit Tempern nach Wahl des Herstellers; bei 12.9 Verifizierung und/oder Prüfung und Tempern
Bei 10.9 wird eine Entscheidung für Sie getroffen. Die Norm überlässt die Frage des Temperns dem Hersteller, sodass zwei Lieferanten beide normgerecht sein und unterschiedlich behandelte Teile liefern können. Das muss man erfragen statt annehmen, und was Sie anfordern, ist der Prozessnachweis. Die Härtewerte dort sind übrigens nicht diese: ISO 4042 arbeitet mit der festgelegten Härte des Verbindungselements, mit Grenzen bei 360 und 390 HV, während die 390 in der Zeile oben eine Obergrenze der Oberflächenhärte in einer anderen Norm ist, die zufällig dieselbe Zahl hat.
Nichts davon spricht gegen 10.9, wo die Verbindung es braucht. Es spricht dagegen, aus Sicherheitsgründen danach zu greifen, und genau dafür greift man meist dazu.
Die andere Hälfte dieser Entscheidung ist der Drehmomentwert, der mit der Klasse kommt. Woher eine nach Klassen geordnete Drehmomenttabelle ihre Zahlen hat und was passiert, wenn die falsche Klasse in der Schachtel liegt, steht in Das Drehmoment kam aus der Klasse.
Die Null, die niemand erklärt
Beide Normen verwenden eine vorangestellte Null für dasselbe. 08.8 ist ein Verbindungselement mit den Werkstoffeigenschaften von 8.8, aber verminderter Belastbarkeit; A2-070 ist das Edelstahl-Gegenstück. Das ist kein Tippfehler und keine Variante der Klasse — es ist die Kennzeichnung dafür, dass die vollständige Lasttabelle nicht gilt, meist weil die Geometrie sie nicht aufbringen kann.
Wissenswert, weil man leicht darüber hinwegliest. Ein mit 08.8 gekennzeichnetes Teil neben einem mit 8.8 gekennzeichneten sieht aus wie dieselbe Klasse mit einem verirrten Zeichen.
Durchgerechnet am Fall, dem man am häufigsten begegnet — was die 80 Prozent sind und was nicht: Gekennzeichnet 08.8.
Was zu klären ist, bevor die Klasse auf die Zeichnung kommt
- Gegen welche Zahl ist die Verbindung ausgelegt? Lautet die Antwort „die Festigkeit“, ist es nicht geklärt — Zugfestigkeit und Streckgrenze sind verschiedene Anforderungen, und nur eine davon begrenzt die Vorspannkraft. Wie viel davon danach übrig bleibt, ist eine Frage der Klemmlänge
- Ist das eine Festigkeitsänderung oder eine Korrosionsänderung? Von 8.8 auf A2-70 zu gehen ist beides, in entgegengesetzte Richtungen, und Grundwerkstoff und Umgebung kommen in der üblichen Reihenfolge vor der Klasse (englisch), genau aus diesem Grund
- Wer kümmert sich oberhalb von 8.8 um die Beschichtungsfrage? Klasse und Oberfläche sind keine unabhängigen Entscheidungen mehr, sobald die Härte steigt
- Gibt das Zeugnis die Werte an oder wiederholt es die Klasse? Ein Dokument, das die Klasse nennt, sagt Ihnen, was bestellt wurde, nicht, was gemessen wurde
Dieser Beitrag behandelt Schritt 6: Dokumentation. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.
Häufige Fragen
Was bedeuten die beiden Zahlen in 8.8?
ISO 898-1 Abschnitt 5 definiert sie. Die Zahl links vom Punkt ist ein Hundertstel der Nennzugfestigkeit in MPa, 8 bedeutet also 800 MPa. Die Zahl rechts vom Punkt ist das Zehnfache des Verhältnisses von Nennstreckgrenze zu Nennzugfestigkeit, 8 bedeutet also ein Verhältnis von 0,8. Das Produkt beider ergibt die Nennstreckgrenze: 800 × 0,8 = 640 MPa. Die Bezeichnung ist eine Gleichung, kein Katalogschlüssel, deshalb lässt sich eine Schraubenklasse ohne Tabelle lesen.
Ist A2-70 gleichwertig mit 8.8?
Nein, und die Zugfestigkeitswerte lassen die Lücke kleiner erscheinen, als sie ist. A2-70 hat eine Mindestzugfestigkeit von 700 MPa gegenüber 800 bei 8.8, also 12,5 % weniger. Seine Mindest-0,2-%-Dehngrenze beträgt 450 MPa gegenüber 640, also 30 % weniger. Die Vorspannkraft wird aus dem Streckgrenzwert abgeleitet, eine um 8.8 ausgelegte Verbindung verliert also deutlich mehr Klemmvermögen, als der Zugfestigkeitsvergleich vermuten lässt.
Warum nennt A2-70 seine Streckgrenze nicht?
Weil die Edelstahlbezeichnung sie nicht verschlüsselt. ISO 3506-1 definiert die Festigkeitsklasse als Zahl, die einem Zehntel der Mindestzugfestigkeit entspricht, und sonst nichts. Das Stahlsystem verschlüsselt in der zweiten Ziffer ein Streckgrenzenverhältnis; das Edelstahlsystem hat keine zweite Ziffer, die eines tragen könnte. Der Streckgrenzwert muss aus der Tabelle gelesen statt aus dem Namen berechnet werden.
Hat eine 10.9-Schraube immer 1000 MPa?
Nein. 1 000 MPa ist der Nennwert, aus dem der Name gebildet wird, und ISO 898-1 vermerkt in einer Fußnote, dass Nennwerte nur für das Bezeichnungssystem existieren. Die geforderte Mindestzugfestigkeit eines 10.9-Verbindungselements beträgt 1 040 MPa, die Mindest-0,2-%-Dehngrenze 940 MPa statt der 900, die die Gleichung ergibt. Bei 8.8 und 9.8 stimmen Nenn- und Mindestwerte überein, was mit erklärt, warum die Abweichung weiter oben unbemerkt bleibt.
Was bedeutet eine vorangestellte Null in einer Festigkeitsklasse?
Verminderte Belastbarkeit. ISO 898-1 legt fest, dass eine zusätzliche Null links von der Bezeichnung ein Verbindungselement mit den Werkstoffeigenschaften der Klasse, aber verminderter Belastbarkeit kennzeichnet; 08.8 hat also die Eigenschaften von 8.8 ohne die vollständige Lasttabelle. ISO 3506-1 verwendet dieselbe Konvention für Edelstahl, mit Kennzeichnungen wie A2-070. Es ist eine eigene Kennzeichnung, weder Druckfehler noch Unterklasse.
Ist eine höhere Festigkeitsklasse immer sicherer?
Nicht automatisch. Die Mindestbruchdehnung sinkt von 12 % bei 8.8 auf 9 % bei 10.9 und 8 % bei 12.9, Duktilität wird also gegen Festigkeit getauscht. ISO 898-1 führt bei 10.9 und 12.9 außerdem eine Obergrenze der Oberflächenhärte von 390 und 435 HV 0.3 ein, die zur Aufkohlungsprüfung gehört und kontrolliert, dass die Oberfläche nicht durch einen unbeabsichtigten Prozess über den Kern hinaus gehärtet wurde. Und die Beschichtung ist keine freie Wahl mehr: ISO 4042 verlangt unter 10.9 kein Tempern, überlässt es bei 10.9 neben zusätzlicher Verifizierung oder Produktprüfung dem Hersteller und verlangt bei 12.9 beides.
Quellen
Anfrage
Unsicher, ob ein Klassenwechsel eine Festigkeits- oder eine Korrosionsänderung ist? Schicken Sie die aktuelle Angabe, die Verbindung, in die sie gehört, und was Sie beheben wollen. Die meisten Substitutionen, die wir anbieten sollen, beantworten eine dieser beiden Fragen und ändern stillschweigend die andere — und welche es ist, entscheidet, ob etwas neu geprüft werden muss.
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