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欧美紧固件机械性能与材料第三部份 1 概述 2 德制紧固件机械性能标准的变迁 3 美制紧固件机械性能标准的现状 4 机械性能标准介绍 一 概述 二 美制 国际紧固件机械性能 5 头部标记 1 概述 A 国际上紧固件已形成二大流派的机械性能标准体系 米制紧固件机械性能标准体系 以国际标准为主 英制紧固件机械性能标准体系 以美国标准为主 目前国际上大多数的米制紧固件机械性能标准 都已等效或等同采用了国际标准和欧州共同体ISOEN系列标准 美国有自己的系列标准 所有的机械性能内容和等级标志 测试方法都与ISO标准不一样 分别以ASTM ASME SAE和IFI的标准颁布 各协会标准内容相对独立 自成体系 又相互包容 同时要说明的是美国也在贯ISO标准 但流行不广 1 概述 B 英国和澳大利亚以及日本是将产品型式尺寸与机械性能标准捆在一起 标准前部分是产品型式尺寸 后部是机械性能技术内容 没有独立的基础标准号 这些国家也有双轨制标准 C 德国DIN标准 除DIN934I8I级六角螺母外 法国NF 意大利UNI已全面等同采用国际标准 D 由于标准和基础技术标准的不断更新 新旧标准同时并存 的原因 而且有相当的技术条款都有较大的变化 E 现DIN ISO最新标准是2002年版 美国标准是2003年版 所以在订货合同中应注明准确的引用标准编号 尤为重要的是一定要注明标准的年代号 以防混淆 2 德制紧固件机械性能标准的变迁 A 螺栓部份 70年代紧固件机械性能采用的是DIN267 3 80年代采用ISO898 1 88年 90年代采用DINISO898 1 92年 2000年采用ENISO898 1 国际和欧州共同体紧固件螺栓 螺钉机械性能 标准 B 螺母 分二部份 第一部份 DIN934螺母70年代开始到90后代末一直采用DIN267 4 德制螺母机械性能 截止2002年作废 第二部份 螺母 德制和新德制标准 从90年代开始采用DINISO898 2 92年 德制螺母机械性能 2000年采用DINEN20898 2 德制和欧州共同体紧固件螺母机械性能 标准 3 美制紧固件机械性能标准的现状 美国IFI 第七版已颁布了螺栓 螺母机械性能新标准 我国紧固出囗标准主要如下 A 螺栓ASTMA307 2000 碳钢外螺纹标准紧固件 SAEJ429 1999 外螺纹紧固件机械性能和材料要求 ASTMA193 193M 2001 高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料 B 螺母ASTMA563 2000 碳钢和合金钢螺母 SAEJ995 内螺纹紧固件机械性能和材料要求 ASTMA194 194M 2000a 用于高温和高压条件下的碳钢和合金钢螺母 4 机械性能标准介绍 一 概述 1 紧固件由于使用在不同环境条件下 要承受不同的强度 因此国际上不同标准的机械性能等级规定了不同的性能技术参数 A 决定螺栓机械性能是 材料 加工工艺 产品型式 热处理方式 螺纹配合精度 B 决定螺母机械性能是 材料 加工工艺 六角头部厚度 热处理方式 螺纹配合精度 4 机械性能标准介绍 2 机械性能指标有 强度 硬度 塑性 脱碳等 2 1 强度指标主要有 抗拉强度 b 屈服点 s 和保证应力Sp 抗拉强度 b是螺栓在破坏之前 或破坏同时能承受最大的力 螺栓机械性能试验时 拉伸载荷除以螺纹有效面积所得的值为抗拉强度 b ISO8 8级标记含义中 8 表示抗拉强度 b 830N mm2 M16 8 表示屈服强度 抗拉强度之比 0 8 SAE5级的抗拉强度 b是120000psi 英磅 英吋2 公式 120000 0 45359 9 8 25 4 25 4 826N mm2 标准规定8 8级最小抗拉强度 bMin800N mm2 原标准没有规定最高强度 bMax是多少 新标准明确推荐最高强度是965N mm2 大约是1 16 1 20倍强度 bMin 由此可见强度不是越高越好 要控制最高硬度 并保证屈服强度在640 772N mm2之间 也就是说屈强比是0 8 抗拉强度试验有实物和机加工二项 2 2 楔负载强度螺栓在拉力试验机上用楔铁放在螺栓头下拉伸 达到规定强度 再加载使其断裂 但断裂不发生在头杆交接处 ISO4 6 8 8级全螺纹规定采用6 楔铁ISO4 6 8 8级全螺纹规定采用10 楔铁SAE2级规定采用10 楔铁SAE5级规定采用10 楔铁 为提高头杆接合处强度 美国C 10螺栓规定了头下园弧不是单一园弧 而是过渡曲线 以减少应力集中 尤其高强度螺栓在标准允许下可能加大园弧 对大扁头螺栓 马车螺栓 头部变形比大更要注意 2 3 伸长率伸长率是材料在破坏之前的变形能力 是一个塑性指标 伸长率标准试样 公制紧固件标准试样取5 do 即 5 美制机加工标准试样为2 即4倍直径 不能互换 伸长率计算公式 L1 Lo Lo 100 SAE2级伸长率18 SAE5级伸长率14 ISO8 8级伸长率12 ISO4 6级伸长率22 在满足强度400N mm2时 还要求塑性好 2 4 硬度硬度是材料抵抗磨损和压入的能力的量度 因为硬度测试方便 快速 一般采用洛氏HRC HRB HB硬度测试 仲裁检验用维氏HV硬度测试 硬度与抗拉强度有一定相应关系 ISO8 8级 M16硬度HB238 304HRC22 32 M16硬度HB238 318HRC23 34 硬度较原末有变化 SAE5级 1 硬度C25 C34 HRC19 30 与ISO标准要求不一样 标准推荐最低硬度表示最低强度大小 最高硬度表示塑性 韧性 状态 标准规定硬度检验的仲载试验是采用维氏HV硬度试验 而拉力试验是唯一决定性的 2 5 保证载荷Sp保证载荷是螺母螺纹必须承受一定的轴向载荷 而不发生螺纹脱扣或螺母壁裂开的迹象 螺母保证应力试验时 将螺母拧入试棒 加载保证载荷 并保持15秒 而不能发生螺纹变形和损坏 ISO标准所规定的螺母保证载荷不是一个恒定 随规格而变化 如 ISO8级M4 M7Sp 855N mm2ISO8级M7 M10Sp 887N mm2ISO8级M10 M16Sp 880N mm2ISO8级M16 M39Sp 920N mm2A563A级Sp 620N mm2ASTM A1942H级Sp 1205N mm2 新标准规定了螺母不同的保证载荷Sp的目的 是在最不利的情况下 其失效也是螺母的强度高出螺栓10 不是螺母失效 一旦断裂是先螺栓断 1 为什么德制DIN934六角螺母标181级 大家习惯叫假8级呢 DIN934M16螺母采用DIN267 4 德制螺母机械性能 DIN267 4I8I级保证应力800N mm2 是恒定值 ISO898 2 88年版8级保证应力840N mm2ISO898 2 94年版8级保证应力880N mm2ISO的保证载荷是随规格而变化 二者相比保证应力是不一样的 为了将德制DIN934螺母的I I保证载荷Sp与ISO898的保证载荷Sp有所区别 特意在DIN934的强度上加 II 有所区分 并不是假8级 螺母强度的几个问题 2 决定螺母强度有那几个因素 螺母的保证载荷强度主要决定于外形尺寸 螺纹啮合长度 材料及热处理 除螺母的材料和热处理之外 螺母的高度和壁的厚度尺寸直接关系到它的保证载荷强度 螺母的高度确定了螺纹啮合长度 螺母的壁厚大就增加了对外膨胀的抗力 当螺母轴向受力时 螺母整体向外扩胀的抵抗力就大 因此 螺母强度等级体系中不仅要规定材料和热处理 而且还必须规定螺母等级所匹配的螺母型式 是标准六角螺母 还是重型六角螺母 美制标准六角螺母相对国际标准与德国1型六角螺母厚度要略厚些 其螺纹啮合长度就大 保证载荷强度相对容易达到 这就是美制冷镦标准六角螺母不经热处理就有足够的强度可达到5级 826 80N mm2 保证载荷的原因 反之德国1型六角螺母则较困难 在相同的材料和热处理条件下 重型六角螺母比标准六角螺母承载强度要高 ISO898 2规定1型和2型螺母 M16生产工艺采用冷加工可不热处理 但M16 必须热处理 二 美制 国际紧固件机械性能标准介绍 1 美制外螺纹紧固件机械性能等级一般按强度和使用条件分为四类 低强度 中等强度 高强度和特殊强度 适用于耐腐蚀 耐高温 耐低温环境等 a 低强度紧固件规定的最小抗拉强度为413N mm 采用低碳钢生产 不热处理 b 中等强度紧固件最小抗拉强度为826N mm 采用中碳钢生产 要热处理 c 高强度紧固件最小抗拉强度为1033N mm2 甚至更高 采用低 中合金钢生产 要热处理 美制碳钢紧固件有100多种不同的强度等级 每一个强度等级都有它对应的机械性能指标 适用范围和自已的标志 现出囗主要标准有 ASTMA307 2000 碳钢外螺纹标准紧固件 SAEJ429 1999 外螺纹紧固件机械性能和材料要求 ASTMA193 193M 2001 高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料 1 1 ASTMA307 2000年 碳钢外螺纹标准紧固件 2000年的版本标准较1984年的版本规定有了一定变化 增加了一个强度等级 有三种不同强度的等级 1 A级适用于一般商品用途的普通六角螺栓 A级螺栓规定最低抗拉强度412N mm2 伸长率不低18 2 B级适有于管道和法兰连接的大 重型 六角螺栓 B级螺栓规定最低拉强度412N mm2 699N mm2之间 伸长率不低于18 3 C级适用于有一定塑性要求埸合的地脚螺栓和弯钩栓 规定选用美国标准A36材料 C级螺栓规定最低抗拉强度399N mm2 551N mm2范围之间 还要求伸长率不低于23 相当于ISO的4 6级 对材料要求较高 加工有一定难度 1 2 SAEJ429 外螺纹紧固件机械性能和材料 该标准 涉及低 中 高强度原有10个等到级 现调正为9个等级 标准规定螺栓 螺钉选用的强度等级有1 2 5 5 2 8和8 2级共计6个 螺柱选用的强度等级有1 2 4 5 8和8 1级共计6个 组合螺钉选用的强度等级是5 1级仅1个 注意 1 其中2级化学成份含碳量最低是0 15 2 工艺 1级的螺栓 螺钉头部成型可以采用冷镦或热镦加工 2 5 5 2 8和8 2级的螺栓 螺钉 在直径小于3 4英寸 长度小于6英寸头部成型必须是冷镦加工 其次规格 长度可以选用热镦加工 螺纹必须采用滚轧碾制 其次规格 长度的螺纹加工可以选用车 磨 滚轧碾制加工 2020 3 16 17 可编辑 1 2 SAEJ429 外螺纹紧固件机械性能和材料 3 1级 2级的螺栓 螺钉 螺柱不用热处理 但该级别的马车螺栓和其它头部较薄的螺栓必须采用消除应力回火 不低于468 C 2级的冷镦螺栓 螺钉必须采用消除应力回火 不低于468 5级 5 2级的螺栓 螺钉 螺柱要在水或油中淬火 回火温度不低于427 8级螺栓 螺钉 螺柱要在油中淬火 回火温度不低于427 4 5级 5 2级螺栓的脱碳按SAEJ121执行 表面缺陷按SAEJ1061执行 如用户有更高要求则按SAEJ123执行 5 机械性能试验方法参照ASTMF606标准执行 1 3 ASTMA193 A193M 2001 高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料 该标准适用于高温环境下使用的压力容器 阀 法兰和配件上的合金钢和不锈钢栓接材料 标准推荐了36个等级 规定不同的等级选用不同的耐腐蚀合金钢材料或铁素体 奥氏体和马氏体不锈钢材料 省内常生产的几个等级是 B6 B7 B7M是铁氏体钢 B8是奥氏体钢 规定B7抗拉强度861 25N mm2 屈服强度723 45N mm2 伸长率16 面宿率50 硬度MaxC35 原标准没有规定硬度要求 现有上 下限 主要是在保证强度的前题下 确保塑性指标 应特别注意延伸率试验的标准试样是2寸长 现国内是 5 1 3 ASTMA193 A193M 2001 高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料 匹配螺母按ASTMA194标准选配 奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢和马氏体不锈钢这三种基型的不锈钢 奥氏体不锈钢 304 305 316 321 是不可热处理的 可通过冷作硬化紧固件的强度可达到620 00N mm2 固溶退火紧固件的强度可达516 00N mm2 1 2 ASTMA193 A193M 2001 高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料 铁素体不锈钢 430 430F 对热处理没有反应 强度可达500 00N mm2 但进行适当的热处理 能较好的适应耐高温特性 马氏体不锈钢 410 416 431 可通过热处理 强度最高可达1240 00N mm2 B7 B7M采用铬钼合金钢选用美国牌号4140 4142 相当于国内40CrMo 国内只有42CrMo B16采用铬 钼 钒钢合金钢 加工工艺注意 对B7 B7M栓联接件应在液体介质中淬火后回火 对B7M栓联接件最后的回火温度最低不少于620 C 在螺纹辗制后进行 配螺母按ASTMA194标准选配 产品要倒角 并作好产品等级标志 1 4 ASTMA325 2002年 钢结构用高强度螺栓连接付 A325 规定了二个等级的螺栓 1型和3型 IFI 6版原有三个等到级 1型 用中碳钢 中碳钢硼钢 中碳钢合金钢 合金硼钢制造 2型 于1991年11月份已取消 2型是低碳马氏体钢的等级 而现国内GB1228标准的8 8S等级还在大量地采用20MnTiB钢 值得同行探讨 美国为什么要取消 3型 用耐大气腐蚀钢制造 相配的螺母全部选用ASTMA563 取消ASTMA194的2H级 1 4 ASTMA490 钢结构用高强度螺栓连接付 A490规定了三个等级的螺栓 1型和3型 IFI 6版原有三个等到级 1型 用中碳合金钢制造 2型 于2002年取消 2型是低碳马氏体钢的等级 3型 用耐大气腐蚀的钢制造 材料按ASTMA588 A588M A242和A709标准选用 相配的螺母全部选用ASTMA563 取消ASTMA194的2H级 美制标准机械性能详细介绍 2 美制内螺纹紧固件机械性能等级标准 美制螺母强度等级一般按划分为低强度 中等强度 高强度和特殊强度 如使用在耐腐蚀 耐高温 耐低温环境等 低强度螺母保证载荷620N mm 采用低碳钢生产 不热处理 低强度螺母热镀锌后保证载荷按0 75 考核 中等强度螺母保证载荷826N mm 采用中碳钢生产 高强度螺母保证载荷1033N mm2 甚至更高 采用中碳钢和中碳合金钢生产 要热处理 同样等级的普通型和重型螺母 它的保证载荷值是不一样的 2 1 ASTMA563 2000年 碳钢 合金钢螺母 ASTMA563是应用最广的碳钢螺母强度等级体系 该标准规定了8个等级 ASTMA563标准中的O A和B级螺母采用低碳钢生产 可以不热处理 DH DH3级螺母则必须在液体介质中淬火 回火温度不低于800 C和D级螺母采用低碳马氏体钢材料 并应在液体介质中淬火 可以不回火 但必须保证硬度不能超过上限值 C C3和D级螺母必须在液体介质中淬火 回火温度不应低于800 2 2 SAEJ995 内螺纹紧固件机械性能和材料要求 不知什么原因 IFI第七版并末介绍SAEJ995标准 现简单扼要介绍一下 该标准只规定了3个等级 2级 5级和8级 2级是低碳钢材料 不用热处理 5级和8级是中高强度螺母 J995的三个强度等级已全部包容在A563的强度等级里 2 3 ASTMA194 194M 2000年 与高温和高压条件下使用的螺栓配用的碳钢和合金钢螺母 由于有的螺母使用在高温和高压的恶劣条件 温度升高时材料强度就降低 如外表镀层剥落 氧化 并出现螺纹咬死现象 这样就对材料和等级提出了较高要求 为此美国材料试验协会推出ASTMA194 194M标准 为适应不同的用途 标准规定了42个等级 该标准选用的材料有耐高温合金钢 马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢 并采用一定的热处理的方式来满足标准等级要求 在该强度等级体系里有2个强度等级 2级和2H级螺母在商业和工业实际使用中得到广泛应用 2H螺母的硬度试验应在回火540 C后进行 3 EN ISO898 1 紧固件机械性能 螺栓 螺钉 螺栓 1 特点 1 EN ISO898 1标准明确规定了适用所有DIN ISO EN螺栓 螺钉 螺柱一类紧固件 代替了DIN267 3标准 2 机械性能等级有10个 3 规定最小抗拉强度大于公称强度 如 5 8级的最小抗拉强度520N mm2 而公称强度是500N mm2 4 适用环境温度10度 35度 包括仲载试验 5 增加扭矩试验 面缩率和表面缺陷试验要求的规定 6 机械性能的验收有常规检验也有仲载检验 2 注意有变化的部份 1 对5 6级材料的要求规定最小