Schrauben-Festigkeitsklassen 8.8, 10.9, 12.9: So liest und wählt man sie richtig
Zusammenfassung
Die „8.8", „10.9" und „12.9" auf dem Schraubenkopf sind keine zufälligen Typen, sondern das in GB/T 3098.1-2010 festgelegte Festigkeits-Kennzeichnungssystem: Die linke Zahl ist der 1/100 der Nenn-Zugfestigkeit, die rechte Zahl das zehnfache Streckverhältnis. Wer das System versteht, hat eine gemeinsame Festigkeits-Sprache zwischen Zeichnung und Werkstatt. Der Artikel stellt die wirklichen Kennwerte, die Werkstoff- und Wärmebehandlungs-Vorgaben sowie die Kopf- und Verpackungs-Kennzeichnung der drei Klassen nebeneinander.
Inhaltsverzeichnis
Die Kennzahl: Was die beiden Zahlen bedeuten
Nach GB/T 3098.1-2010 „Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen – Schrauben, Schrauben und Bolzen", Abschnitt 5 „Kennzeichnung" besteht die Festigkeitsklasse aus zwei durch einen Punkt getrennten Zahlen: Die linke Ziffer (eine oder zwei Stellen) gibt den 1/100 der Nenn-Zugfestigkeit Rm,Nenn in MPa an; die rechte Ziffer gibt das zehnfache Streckverhältnis an, also das Verhältnis Rp0.2 (oder untere Streckgrenze) zur Nenn-Zugfestigkeit, mal 10.
Ein Beispiel aus der Norm: Bei Rm,Nenn = 800 MPa und einem Streckverhältnis von 0,8 lautet die Kennzahl „8.8". Eine 8.8-Schraube hat also eine Nenn-Zugfestigkeit von 8×100 = 800 MPa und eine Nenn-Streckgrenze von 800×0,8 = 640 MPa. Entsprechend ergibt sich für 10.9: Rm,Nenn = 1000 MPa, Streckverhältnis 0,9, Rp0.2,Nenn = 900 MPa; für 12.9: Rm,Nenn = 1200 MPa, Streckverhältnis 0,9, Rp0.2,Nenn = 1080 MPa.
| Kennzahl | Linke Zahl (Nenn-Zugfestigkeit) | Rechte Zahl (Streckverhältnis) | Nenn-Streckgrenze abgeleitet |
|---|---|---|---|
| 8.8 | 8×100 = 800 MPa | 0,8 | 800×0,8 = 640 MPa |
| 10.9 | 10×100 = 1000 MPa | 0,9 | 1000×0,9 = 900 MPa |
| 12.9 | 12×100 = 1200 MPa | 0,9 | 1200×0,9 = 1080 MPa |
8.8 / 10.9 / 12.9 im Kennwert-Vergleich
Die folgende Tabelle ist direkt der Tabelle 3 „Mechanische und physikalische Eigenschaften von Schrauben, Schrauben und Bolzen" aus GB/T 3098.1-2010 entnommen. Bitte beachten: Die Zugfestigkeit ist in einen Nennwert und einen Mindestwert aufgeteilt. Für die Abnahme zählt der Mindestwert. Für 8.8 werden zudem die Durchmesser d ≤ 16 mm und d > 16 mm getrennt geführt; bei kleineren Abmessungen sind die Mindestanforderungen etwas niedriger.
| Kennwert | Klasse 8.8 | Klasse 10.9 | Klasse 12.9 |
|---|---|---|---|
| Nenn-Zugfestigkeit Rm,Nenn | 800 MPa | 1000 MPa | 1200 MPa |
| Mindest-Zugfestigkeit Rm,min | 800 / 830 MPa | 1040 MPa | 1220 MPa |
| Nenn-Dehnungsgrenze Rp0.2,Nenn | 640 MPa | 900 MPa | 1080 MPa |
| Mindest-Dehnungsgrenze Rp0.2,min | 640 / 660 MPa | 940 MPa | 1100 MPa |
| Nenn-Standfestigkeit Sp,Nenn | 580 MPa | 830 MPa | 970 MPa |
| Vickers-Härte HV (min–max) | 250–320 | 320–380 | 385–435 |
| Bruchdehnung A,min (probenkörper) | 12 % | 9 % | 8 % |
Von 8.8 auf 12.9 steigt die Zugfestigkeit um etwa 50 %, aber die Bruchdehnung sinkt von 12 % auf 8 % – je höher die Klasse, desto „spröder" der Werkstoff. Das ist der Grund, warum hochfeste Schraubverbindungen so empfindlich auf Vorspannungs-Kontrolle, Wasserstoffversprödung und Spannungsriss-Korrosion reagieren. Die „Standfestigkeit Sp" in der Tabelle ist die Spannung, bei der die Schraube unter der festgelegten Last keine bleibende Verformung erfährt. Sie gehört zum Standversuch nach GB/T 3098.1, Abschnitt 9.6 und ist die wichtige Grundlage für die Prüfung der oberen Grenze der Montage-Vorspannung.
Werkstoff und Wärmebehandlung: Warum 12.9 mit Vorsicht zu wählen ist
Nach Tabelle 2 der Norm müssen die Klassen 8.8 bis 12.9 vergütet sein: es kommen legierte Stähle (Bor, Mangan oder Chrom) zum Einsatz, vergütet durch Härten und Anlassen. Die Mindest-Anlasstemperatur liegt üblicherweise bei 425 °C, für 12.9 (Bor-Stahl-Linie) bei 380 °C. Phosphor (P) und Schwefel (S) sind für 8.8 bis 12.9 auf jeweils 0,025 % begrenzt, um Härbarkeit und Zähigkeit zu sichern.
Besonders wichtig ist der Hinweis der Norm zur Klasse 12.9: „Bei der Auswahl der Klasse 12.9 ist mit Vorsicht vorzugehen". Der Grund: 12.9 ist sehr fest und sehr hart (bis 435 HV) und empfindlicher gegenüber Umfeld und Prozess. Auf der Oberfläche darf keine metallographisch nachweisbare weiße Phosphid-Anreicherung liegen. Neben der Oberflächentechnik kann auch die Einsatzumgebung Spannungsriss-Korrosion auslösen. Nach dem galvanischen Überzug muss Wasserstoff vollständig abgereichert werden, sonst bricht die Schraube durch Wasserstoffversprödung. 12.9 ist also nicht „je höher desto besser", sondern nur dann einzusetzen, wenn die hohe Festigkeit wirklich gebraucht wird und Oberflächenbehandlung und Montage beherrscht werden.
Kopf- und Verpackungs-Kennzeichnung: So erkennt man die Klasse in der Fertigung
Norm-Abschnitt 10.3 schreibt vor: Sechskant-Schrauben, Sechskant-Schrauben mit Innen-Torx und Zylinderschrauben mit Innensechskant müssen für Nenndurchmesser ≥ 5 mm zwei Kennzeichen tragen: erstens das Hersteller-Kennzeichen (Werkssignet / Marke), zweitens die Festigkeitsklasse (zum Beispiel 8.8, 10.9, 12.9, der Punkt darf entfallen). Die Kennzeichnung steht in der Regel als erhabenes oder eingeprägtes Zeichen auf der Kopfoberseite, bei Innensechskant-Schrauben auch an der Kopfseite.
Wenn die Schraube zu klein für eine direkte Prägung ist, gibt Tabelle 20 das Uhrenzeichen-System vor: Ausgehend von der 12-Uhr-Position (Hersteller-Kennzeichen oder Punkt) wird die Klasse durch die Anzahl langer Balken angezeigt – ein oder zwei lange Balken stehen für verschiedene Klassen, 12.9 wird durch einen Punkt markiert. Auch auf der Verpackung müssen Hersteller-Marke, Festigkeitsklasse und Chargen-Nummer stehen (Abschnitt 10.5). In der Werkstatt gilt: Nur wenn „Hersteller-Kennzeichen + Klassen-Zahl" paarweise auftauchen, ist das Teil rückverfolgbar und abnahmefähig. Fehlt das Hersteller-Kennzeichen, ist die Herkunft zweifelhaft.
Auswahl-Regeln: Warum nicht automatisch 12.9
Die Auswahl ist nicht „je höher desto besser". Die Norm-Kennwerte in eine ingenieurmäßige Entscheidung übersetzt:
- Allgemeiner Stahlbau, Geräte-Fundamente, Abdeckungen: 8.8 ist ausreichend, kostengünstig, zäh, unempfindlich gegenüber Oberflächentechnik – die am weitesten verbreitete Klasse.
- Bauraum begrenzt, bei kleinerem Durchmesser muss eine höhere Klemmkraft übertragen werden: Motor, Getriebe, hochfeste Verbindungen → 10.9, die höhere Festigkeit kompensiert den kleineren Durchmesser.
- Sehr enger Bauraum, hohe Vorspannungs-Dichte: zum Beispiel Fahrwerk, Roboter-Gelenke → 12.9, aber zwingend mit Wasserstoff-Abreicherung, Schmierung und strenger Vorspannungs-Kontrolle.
- Wechsellast und Schwingungsriss-Beanspruchung: Solange die Festigkeit ausreicht, ist die zähere, niedrigere Klasse der hochfesteren vorzuziehen. Material mit größerer Dehnung bietet größere Dauerfestigkeits-Reserve.
Die Festigkeitsklasse ist ein Kompromiss zwischen „Festigkeit" und „Zähigkeit", nicht ein Zeichen von „fortschrittlicher". Wer die Kennzahl liest, die Tabelle 3 der Norm abgleicht und Werkstoff, Wärmebehandlung und Oberfläche mitdenkt, wählt zuverlässig, vermeidet Überkosten und schließt Sprödbruch-Risiken von vornherein aus.
Fazit: Eine Tabelle für die Schrauben-Festigkeitsklasse
GB/T 3098.1-2010 vereinheitlicht die Festigkeits-Sprache mit dem zweiteiligen Kennzeichen „Rm/100 plus Streckverhältnis × 10": 8.8 = 800/640 MPa, 10.9 = 1000/900 MPa, 12.9 = 1200/1080 MPa. Alle drei Klassen sind vergütet und tragen am Kopf bei d ≥ 5 mm das Hersteller- und das Klassen-Kennzeichen. Bei der Auswahl bestimmt zuerst die Klemmkraft die Klasse, danach bewertet man Zähigkeit, Oberflächentechnik und Wasserstoff-Risiko. 12.9 ist bewusst zurückhaltend einzusetzen. YF Zhichengjia ist seit 2005 in Shenzhen ansässig und fertigt Schrauben, Schrauben und Bolzen der Klassen 8.8, 10.9 und 12.9 nach GB/T 3098.1 – mit Auswahl-Unterstützung und Musterfertigung. Weitere Verbindungstechnik-Dokumente hält die Technische Dokumentationsbibliothek bereit. Für eine individuelle Auslegung wenden Sie sich direkt an die Technik-Ingenieure.
