Festigkeitsklasse

Mit Hilfe der Festigkeitsklassen werden Materialien und Baustoffe nach ihrer Festigkeit eingeteilt und benannt.

Bauholz

Für Bauholz wurden im Zuge der Europäischen Normung die Festigkeitsklassen von Vollholz in EN 338 und von Brettschichtholz in EN 14080:2013 (EN 1194:1999-2013) neu geregelt. (Die DIN 1052:2004 (bereits semiprobabilistisches Sicherheitskonzept) enthielt gleiche Festigkeitsklassen mit leicht abweichenden Festigkeitskennwerten. Die Werte der zulässigen Spannungen in DIN 1052:1988 bezogen sich direkt auf die Sortierklassen.) Die Festigkeitsklassen für Nadelholz werden mit C (coniferes), für Brettschichtholz mit GL (glued laminated timber / glulam) und für Laubholz mit D, gefolgt von einer zweistelligen Zahl angegeben. Die Zahl entspricht dem charakteristischen Wert der Biegefestigkeit (f_m,k) in Newton je Quadratmillimeter (N/mm²). Die Festigkeitsklasse ergibt sich bei Vollholz aus der Sortierklasse (DIN 4074 in Verbindung mit EN 1912), bzw. EN 14081 für Lamellen im Brettschichtholz.

Mineralische Baustoffe

→ Hauptartikel: Beton#Festigkeitsklassen, Zement#Festigkeitsklasse und Steindruckfestigkeitsklasse

Sowohl Beton, Mauersteine wie auch Zement werden nach Festigkeitsklassen unterteilt.

Schrauben, Muttern und Scheiben (Verbindungselemente)

Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben aus üblichen Kohlenstoff- und legierten Stählen werden anhand der ISO 898 in Festigkeitsklassen unterteilt.

Für Verbindungselemente aus nichtrostenden Stählen erfolgt eine Zuordnung nach ISO 3506. Siehe unteren Abschnitt: Verbindungselemente aus nichtrostenden Stählen

Schrauben

DIN EN ISO 898-1 Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl – Teil 1: Schrauben mit festgelegten Festigkeitsklassen – Regelgewinde und Feingewinde (ISO 898-1:2013); Deutsche Fassung EN ISO 898-1:2013 (2013-03)

Tabelle 3 – Mechanische und physikalische Eigenschaften von Schrauben

Nr	Mechanische oder physikalische Eigenschaft		Festigkeitsklasse
			3.6	4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	8.8		9.8	10.9	12.9
									d ≤ 16 mm	d > 16 mm	d ≤ 16 mm
1	Zugfestigkeit Rm, MPa	nom.		400		500		600	800		900	1000	1200
		min.		400	420	500	520	600	800	830	900	1040	1220
2	untere Streckgrenze ReL, MPa	nom.		240	-	300	-	-	-	-	-	-	-
		min.		240	-	300	-	-	-	-	-	-	-
3	0,2 %-Dehngrenze Rp0,2, MPa	nom.		-	-	-	-	-	640	640	720	900	1080
		min.		-	-	-	-	-	640	660	720	940	1100
4	0,0048 d-Dehngrenze Rpf, MPa	nom.		-	320	-	400	480	-	-	-	-	-
		min.		-	340	-	420	480	-	-	-	-	-

Die Festigkeitsklasse 3.6 ist nicht mehr enthalten und hier nur als Hinweis auf vorherige Normen angegeben.

Der Einsatz von (metallisch beschichteten) Schrauben der Festigkeitsklassen 10.9 und 12.9 (Muttern 10 und 12) ist uneingeschränkt möglich, wenn Maßnahmen getroffen werden zur Vermeidung von Wasserstoffversprödung gemäß ISO 9587 Metallic and other inorganic coatings – Pretreatment of iron and steel to reduce the risk of hydrogen embrittlement (2007-11-15).

Die Festigkeitsklasse von Schrauben wird durch zwei einzelne Ziffern bezeichnet, die durch einen Punkt getrennt sind, z. B. 4.6 oder 8.8.

Die folgenden Beispiele zeigen, wie die Zugfestigkeit $R_{\mathrm {m} }$ und Streckgrenze $R_{\mathrm {e} }$, bzw. 0,2 %-Dehngrenze $R_{p0,2}$ aus der Festigkeitsklasse ermittelt werden können. Bis einschließlich Festigkeitsklasse 6.8 wird die Streckgrenze angegeben, ab Festigkeitsklasse 8.8 die 0,2 %-Dehngrenze.
Die Norm gibt eine für eine Abschätzung ausreichend genaue Faustformel an; die minimal geforderten Werte nach Tabelle für die Zugfestigkeit liegen teilweise höher.

Beispiel 1: Schraube der Festigkeitsklasse 4.6

1. Bestimmung der Zugfestigkeit $R_{\mathrm {m} }$: Die Zahl vor dem Punkt wird mit 100 multipliziert:

   $R_{\mathrm {m} }=4\cdot 100\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}=400\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}$

2. Bestimmung der Streckgrenze $R_{\mathrm {e} }$: Die beiden Zahlen werden miteinander multipliziert und dann nochmals mit 10 multipliziert:

   $R_{\mathrm {e} }=4\cdot 6\cdot 10\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}=240\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}$

Beispiel 2: Schraube der Festigkeitsklasse 12.9

1. Bestimmung der Zugfestigkeit $R_{\mathrm {m} }$: Die Zahl vor dem Punkt wird mit 100 multipliziert:

   $R_{\mathrm {m} }=12\cdot 100\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}=1200\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}$

2. Bestimmung der 0,2 %-Dehngrenze $R_{p0,2}$: Die beiden Zahlen werden miteinander multipliziert und dann nochmals mit 10 multipliziert:

   $R_{p=0,2}=12\cdot 9\cdot 10\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}=1080\,{\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {mm^{2}} }}$

Muttern

Die Festigkeitsklassen für Muttern entsprechen denen für Schrauben, jedoch wird zur Bezeichnung nur eine Ziffer verwendet. Diese gibt an, dass z. B. eine Mutter der Klasse 10 mit einer Schraube der Festigkeitsklasse 10.9 verwendet werden sollte.

DIN EN ISO 898-2 Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl – Teil 2: Muttern mit festgelegten Festigkeitsklassen (ISO 898-2:2022); Deutsche Fassung EN ISO 898-2:2022 (2023-02)

Tabelle 2 – Zuordnung von Muttern zu Festigkeitsklassen der Schrauben

Festigkeitsklasse der Mutter	höchste Festigkeitsklasse der gepaarten Schraube
5	5.8
6	6.8
8	8.8
10	10.9
12	12.9

Unterlegscheiben

→ Hauptartikel: Unterlegscheibe

DIN EN ISO 898-3 Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl – Teil 3: Flache Scheiben mit festgelegten Festigkeitsklassen (ISO 898-3:2018 + Amd 1:2020); Deutsche Fassung EN ISO 898-3:2018 + A1:2021 (2021-11)

Tabelle 1 – Kombination von flachen Scheiben mit Festigkeitsklassen von Schrauben und Muttern

Verbindungselemente mit Gewinde nach ISO 898-1 und ISO 898-2		Passende Festigkeitsklassen für flache Scheiben
Festigkeitsklassen		100HV	200HV	300HV	380HV
Schrauben	Muttern
4.6, 4.8, 5.6, 5.8	5	EK
6.8	6		EK
8.8	8		EK
9.8, 10.9	10			EK
12.9	12				EK
EK = empfohlene Kombination

Verbindungselemente aus nichtrostenden Stählen

ISO 3506 legt Werkstoffgruppen bzw. Stahlgruppen für diese Verbindungsmittel fest und ordnet diese den Festigkeitsklassen zu.

DIN EN ISO 3506-1 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 1: Schrauben mit festgelegten Stahlsorten und Festigkeitsklassen (ISO 3506-1:2020); Deutsche Fassung EN ISO 3506-1:2020 (2020-08)

Hinweis: Die beiden folgenden Tabellen geben nicht die aktuelle Ausgabe der Norm wieder, sondern Ausgabe (2010-04).

Tabelle 2 – Mechanische Eigenschaften von Schrauben – Austenitische Stahlsorten

Stahlgruppe	Stahlsorte	Festigkeitsklasse	Zugfestigkeit Rm min. MPa	0,2 %-Dehngrenze Rp0,2 min. MPa	Bruchverlängerung A min. mm
Austenitisch	A1, A2, A3, A4, A5	50	500	210	0,6 d
		70	700	450	0,4 d
		80	800	600	0,3 d

Tabelle 3 – Mechanische Eigenschaften für Schrauben – Martensitische und ferritische Stahlsorten

Stahlgruppe	Stahlsorte	Festigkeitsklasse	Zugfestigkeit Rm min. MPa	0,2 %-Dehngrenze Rp0,2 min. MPa	Bruchverlängerung A min. mm	Härte
						HB	HRC	HV
Martensitisch	C1	50	500	250	0,2 d	147 bis 209	-	155 bis 220
		70	700	410	0,2 d	209 bis 314	20 bis 34	220 bis 330
		110	1100	820	0,2 d	-	36 bis 45	350 bis 440
	C3	80	800	640	0,2 d	228 bis 323	21 bis 35	240 bis 340
	C4	50	500	250	0,2 d	147 bis 209	-	155 bis 220
		70	700	410	0,2 d	209 bis 314	20 bis 34	220 bis 330
Ferritisch	F1	45	450	250	0,2 d	128 bis 209	-	135 bis 220
		60	600	410	0,2 d	171 bis 271	-	180 bis 285

DIN EN ISO 3506-2 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 2: Muttern mit festgelegten Stahlsorten und Festigkeitsklassen (ISO 3506-2:2020); Deutsche Fassung EN ISO 3506-2:2020 (2020-08)

DIN EN ISO 3506-3 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 3: Gewindestifte und ähnliche nicht auf Zug beanspruchte Verbindungselemente (ISO 3506-3:2009); Deutsche Fassung EN ISO 3506-3:2009 (2010-04)

DIN EN ISO 3506-4 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 4: Blechschrauben (ISO 3506-4:2009); Deutsche Fassung EN ISO 3506-4:2009 (2010-04)

DIN EN ISO 3506-5 Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus nichtrostenden Stählen – Teil 5: Spezielle Verbindungselemente (einschließlich Verbindungselemente aus Nickellegierungen) für Hochtemperaturanwendungen (ISO 3506-5:2022); Deutsche Fassung EN ISO 3506-5:2023 (2024-02)

DIN EN ISO 3506-6 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 6: Allgemeine Regeln für die Auswahl von nichtrostenden Stählen und Nickellegierungen für Verbindungselemente (ISO 3506-6:2020); Deutsche Fassung EN ISO 3506-6:2022 (2022-09)

Weblinks

• Die Festigkeitsklasse - Was sagt sie aus?, Blogbeitrag zur Berechnung von Festigkeitsklassen bei Schrauben und Muttern. In: befestigungsfuchs.de
• Übersicht über Festigkeitsklassen bei Schrauben und Muttern (Memento vom 25. März 2015 im Internet Archive). In: wegertseder.com