美制紧固件的分类方法及标准代号.doc

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1、 一、概述 对于美国紧固件标准，尤其是机械性能方面的标准，很多人都不十分熟悉，感到理不清标准之间的相互关系，很难看明白。 美国紧固件标准与ISO、DIN、GB/T不同，看似没有规律、无章可循，实际上体系完整、分工有序；看似很自由随意，实际上很细密严谨。ISO紧固件性能标准大多集中在ISO898，DIN紧固件性能标准大多集中在DIN267，GB/T紧固件性能标准大多集中在GB/T3098。而美国紧固件标准不是这样，它有自己的体系。美国标准的体系是以行业协（学）会标准为基础，例如美国机械工程师协会（ASME），分管的是产品的型式、尺寸、螺纹等方面的标准。当ASME标准升格为美国国家标准时，标准代号

2、则冠以ASME/ANSI。在紧固件产品中，螺栓、螺母、螺钉、垫圈等的型式、尺寸标准及螺纹标准ASME/ANSI B18.2.1、ASME/ANSI B18.2.2、ASME/ANSI B18.6.3、ASME/ANSI B1.1，就是由美国机械工程师协会制定的美国国家标准。而紧固件产品的材料、机械性能及其它一些技术条件，如：表面缺陷、表面处理、检测方法等，则由美国材料与试验协会（ASTM）分管负责制定标准工作。所以，这些标准的标准代号为：ASTM，如：ASTM A307、ASTM A193、ASTM F606等。由于汽车行业是紧固件的主要用户，因此美国汽车工程师学会（SAE）对紧固件标准情有独

3、钟。也制定並发布了一些关于紧固件方面的标准，如：SAE J121、SAE J429、SAE J995、SAE J933等。另外，美国紧固件协会（IFI），由于是主管的行业协会，当然也要制定、发布一些相关标准。综上所述，美国与紧固件有关的一些行业协会及其标准代号，可以归纳如下：ASME：负责螺纹和产品的型式尺寸等；ASTM：负责材料、机械性能、技术条件、检验方法等；SAE：主要涉及与汽车相关的紧固件产品的尺寸、性能、技术条件等；IFI：涉及所有紧固件的方方面面。 当然，分工不是绝对的，在ASME标准中，也有一些涉及到产品性能和技术条件的内容，而在ASTM中也包含有产品尺寸方面的内容。 二、IFI

4、-7 B部分的主要内容美国紧固件的性能标准，在美国紧固件协会标准汇编本第七版IFI-7中有比较集中的体现（尽管它未将所有的紧固件性能标准全部收录在内）。在IFI-7 B部分材料和表面涂覆中总共包括了以下五个部分的内容： 1、IFI发布的五项标准： 紧固件材料选择； 螺栓、螺母配合选择； 腐蚀； 镀层与涂层； 紧固件用碳钢、合金钢线材和棒料。 2、ASTM和SAE发布的关于螺纹紧固件的材料和性能标准共十二项（详细内容见本文后面章节）。 3、ASTM发布的关于螺栓、螺母表面缺陷的标准：ASTM F788/F788M、ASTM F812/F812M，共两项。 4、ASTM发布的关于紧固件表面处理方面

5、的标准：ASTM F1941、ASTM B633、ASTM A153/A153M、ASTM B695、ASTM B696、ASTM B766、ASTM F1135、ASTM F1136、ASTM F1137，共九项。 5、ASTM发布的关于紧固件机械性能检测方法的标准：ASTM F606。以上为IFI-7 B部分的全部内容。下面重点介绍其中有关螺纹紧固件材料和性能标准。在IFI-7 B部分有关螺纹紧固件材料和性能的标准共12项，现另外再补充一个SAE J995钢螺母的机械性能和材料要求，总共13项标准。按螺栓-螺母，即内、外螺纹紧固件相对应，可以分成以下五组标准： 第一组：SAE J429 S

6、AE J995 第二组：ASTM A307（低碳钢） ASTM A449（中碳钢） ASTM A563 ASTM A354（合金钢） ASTM A194/A194M第三组：ASTM A193/A193M（高温、高压） ASTM A320/A320M（低温） 第四组：ASTM F593 ASTM F594 （不锈钢） 第五组：ASTM F468 ASTM F467 （有色金属）以下是这13项标准的中文名称：SAE J429 外螺纹紧固件的机械性能和材料要求 SAE J995 钢螺母的机械性能和材料要求 ASTM A307 碳钢外螺纹标准紧固件 ASTM A449 淬火并回火的钢螺栓和螺柱 AST

7、M A354 淬火并回火的合金钢螺栓、螺柱和其它外螺纹紧固件 ASTM A563 碳钢、合金钢螺母 ASTM A320/A320M 低温条件下使用的栓接材料 ASTM A193/A193M 高温条件下使用的合金钢和不锈钢栓接材料 ASTM A194/A194M 与高温、高压下应用的螺栓配合使用的碳钢、合金钢螺母 ASTM F593 不锈钢螺栓、六角头螺钉和螺柱 ASTM F594 不锈钢螺母 ASTM F468 一般用途的有色金属螺栓、六角头螺钉和螺柱ASTM F467 一般用途的有色金属螺母 以上这些标准构成了美国内、外螺纹紧固件机械性能的标准体系。前面提到IFI-7 B部分并未完全涵盖所有

8、的紧固件性能标准，如：内凹槽（内六角）螺钉的性能标准、自攻螺钉的性能标准、钢结构用高强度螺栓性能标准、锁紧紧固件的性能标准等。这些标准分散在IFI-7相关产品部分，如：结构螺栓性能标准在IFI-7 E部分、锁紧紧固件性能标准在IFI-7 F部分、内凹槽螺钉性能标准在IFI-7 G部分、自攻螺钉性能标准在IFI-7 H部分。也有一些标准IFI-7未收录在内，如前面补充的SAE J995以及SAE J121、ASTM A370等。 三、美国紧固件机械性能标准介绍 下面，我们将有选择地扼要介绍美国紧固件性能标准的应用范围和一些主要的性能指标。 1、SAE J429和SAE J995 SAE J429

9、：该标准规定了公称直径1英寸的钢制螺栓、螺钉、螺柱、组合螺钉和U型螺栓的机械性能和材料要求。标准规定的性能等级为；1、2、4、5、5.1、5.2（2002年已取消）、8、8.1、8.2共九个等级。比较常用的是：1、2、5、8四个等级，5.1级仅适用于组合螺钉。 1级和2级用于低碳钢的螺栓、螺钉和螺柱；5级用于中碳钢螺栓、螺钉和螺柱；8级和8.1级用于合金钢螺栓、螺钉和螺柱；8.2级用于低碳硼钢（低马钢）的螺栓、螺钉；5.1级用于中碳钢组合螺钉。 SAE J995：该标准规定了公称直径1英寸碳钢、合金钢螺母的机械性能和材料要求。标准规定的性能等级为：2、5、8共三个等级。2级仅适用于方螺母，5级

10、和8级适用于各种形式的螺母。 标志方法：在螺母顶面或支承面制出短弧线（支承面上的标志为凹形）。 2级螺母：1条短弧线；5级螺母：相距120的两条短弧线；8级螺母：相距60的两条短弧线。重要提示：注意新的标志方法与以前标志方法不同。 2、ASTM A307、ASTM A449、ASTM A354和ASTM A563 ASTM A307：该标准规定了公称直径4英寸的低碳钢螺栓、螺柱的机械性能和材料要求。标准规定的性能等级为：A、B、C三个等级。其中：A级适用于一般用途的螺栓、螺柱，最小抗拉强度为60ksi，与SAE J429中1级基本相同；B级适用于管道中法兰连接系统的螺栓、螺柱，抗拉强度为：60

11、100ksi；C级适用于基础结构中具有一定塑性要求的地脚螺栓，抗拉强度为：5880ksi。断后伸长率为23%，相当于ISO8981中的4.6级。表3. ASTM A307螺栓、螺柱机械性能项 目强度级别硬 度抗拉强度min ksi屈服强度min ksi断后伸长率min %标志A级69100HRB60-18307AB级6995HRB60100-18307BC级-58803623307C ASTM A449：该标准规定了公称直径3英寸，淬火并回火的中碳钢螺栓、螺柱的机械性能和材料要求。标准规定的性能等级为1型和2型两个等级。其中： 1型适用于中碳钢产品，与SAE J429中的5级基本相同； 2型适

12、用于低碳马氏体钢产品（也可以采用中碳马氏体钢），与SAE J429中的5.2级基本相同。表4. ASTM A449螺栓、螺柱机械性能（1型、2型）项 目公称直径硬 度抗拉强度min ksi屈服强度min ksi断后伸长率min %断面收缩率min %12534HRC120921435111930HRC1058114351390581435 标志方法： 1型：在螺栓头部顶圆整个圆周面上，三条相距120的短径线； 2型：在螺栓头部顶圆半个圆周面上，三条相距60的短径线。 ASTM A354：该标准规定了公称直径4英寸，淬火并回火的合金钢螺栓、螺柱和其它外螺纹紧固件的机械性能和材料要求。标准规定性能

13、等级为两个： BC级，最小抗拉强度为120ksi，与SAE J429中的5级基本相同； BD级，最小抗拉强度为150ksi，与SAE J429中的8级基本相同。表5. ASTM A354螺栓、螺柱机械性能性 能等 级公 称直 径硬 度抗拉强度min ksi屈服强度min ksi断后伸长率min %断面收缩率min %产 品标 志BC级22636HRC1251091650BC22233HRC115991645BD级23339HRC1501301440BD和23339HRC1401151440 ASTM A563：该标准规定了公称直径4英寸，碳钢和合金钢螺母的机械性能和材料要求。标准规定的性能等级

14、为以下八个：O、A、B、C、C3、D、DH和DH3级，其中O、A、B、C、D、DH六个等级适用于碳钢或合金钢螺母，C3和DH3级适用于耐蚀钢（不锈钢）螺母。 3、ASTM A193/A193M、ASTM A194/A194M和ASTM A320/A320M ASTM A193/A193M：该标准规定了在高温、高压环境条件下的合金钢、不锈钢螺栓、螺钉、螺柱等“栓接材料”的性能要求和原材料化学成份。其中： B5、B6、B6X、B7、B7M和B16六个性能等级适用于铁素体合金钢栓接材料； B8、B8A等性能等级适用于奥氏体不锈钢栓接材料。 B5、B6、B6X应采用含有4%13%铬的铬钢；B7、B7M

15、和B16应采用铬-钼钢或铬-钼-钒钢。产品应淬火并回火处理。标志内容为产品性能等级符号，如：B7、B16等。表7为部分性能等级的各项指标要求。表7. ASTM A193 部分性能等级指标性能等级公称直径最低回火温度 抗拉强度ksi min屈服强度ksi min断后延长率% min断面收缩率% min硬度maxB7 铬-钼钢211001251051650321HB或35HRC241100115951650471100100751850B16 铬-钼-钒钢212001251051850321HB或35HRC241200110951745481200100851645 ASTM A194/A194M

16、：该标准规定了在高温、高压环境条件下使用的碳钢、合金钢和不锈钢螺母的材料和性能要求。目前最常用的2H级、2HM级和7M级。 ASTM A320/A320M：该标准规定了用于低温条件下的合金钢栓接材料的性能和材料要求。其中：L7等为铁素体合金钢（铬-钼钢、铬-镍-钼钢），如ANSI4140、4037、4340等；B8等性能等级为奥氏体不锈钢，如AISI304、AISI316等。 4、ASTM A325和ASTM A490ASTM A325和ASTM A490规定了钢结构螺栓的机械性能和材料要求。适用的螺栓为ASME B18.2.6中规定的重型六角结构螺栓；配用螺母为ASME B18.2.6中规定

17、的重型六角螺母。螺母的材料和性能要求按ASTM A563或ASTM A194的规定；配用的垫圈为ASME B18.2.6中规定的淬硬钢垫圈，垫圈的材料和硬度要求按ASTM F436的规定。 5、ASTM A574和ASTM F835ASTM A574合金钢内凹槽圆柱头螺钉和ASTM F835合金钢内凹槽盘头和沉头螺钉规定了（三种头型）合金钢内凹槽螺钉的机械性能和材料要求。 ASTM A574：该标准规定了公称直径0.06英寸4英寸，淬火并回火的高强度合金钢内凹槽圆柱头螺钉的机械性能和材料要求。 硬度：公称直径0.5英寸为3945HRC，公称直径0.625英寸为3745HRC。 最小抗拉强度：1

18、70 ksi 最小屈服强度：153 ksi 断后伸长率：10% 脱碳层：按相当于的ISO 898.1中12.9级控制。 ASTM F812：除抗拉强度和屈服强度按圆柱头螺钉的80%控制之外，其余与ASTM A574相同。6、SAE J933、SAE J81和SAE J78 SAE J933、SAE J81和SAE J78为自攻螺钉类产品的机械性能标准。自攻螺钉类产品包括：普通自攻螺钉、自切自攻螺钉、自挤自攻螺钉和自钻自攻螺钉四大类产品。SAE J933适用于普通自攻螺钉和自切自攻螺钉两类产品；SAE J81适用于自挤自攻螺钉（自攻锁紧螺钉）；SAE J78适用于自钻自攻螺钉。一、产品机械性质依

19、据：（1）、DIN之产品机械性质检验依据DIN267.4执行。（2）、ISO之产品机械性质检验依据ISO898.2执行。（3）、GB之产品机械性质检验依据GB3098.2执行。（4）、ANSI/ASMEB18.2.2之产品机械性质检验依据SAE J995、ASTM A563执行。（5）、JIS B1181产品机械性质检验依据JISB1052执行。二、性能等级之标识及机械性质要求：（一）、GB3098.2: 等效采用ISO898.2适用于碳钢或合金钢制造的，公称高度0.5D的，需要规定保证 载荷，螺纹直径为3-39mm的粗牙6H螺帽。 1、标记： （1）、标记方法： 公称高度大于或等于0.8D螺

20、帽，用螺栓性能等级标记的第一部分数字标记，该螺栓应为可与该螺帽相配螺栓中最高性能等级的螺栓，螺栓与螺帽使用中配合等级如下：产 品性 能 等 级螺栓3.6 4.6 4.83.6 4.6 4.85.6 5.86.88.88.89.810.912.9螺帽456891012适用规格1616全部全部全部16-3916全部39 公称高度大于或等于0.5D而小于0.8D螺帽: 用于O及一个数字标记，其中数字表示用淬火硬芯棒测出的保证应力的1/100，而“O”表示这种螺帽组合件的实际承载能力比数字表示的承载能力低如“04、05级。 （2）、等级：公制螺帽机械性能等级可分为：04、05、4、5、6、8、9、10

21、、12级。 2、机械性能要求：依GB3098.2 规定方法执行机械性能测试，符合下表相应要求：详见：螺栓、螺钉、螺柱：紧固件基础GB|T3098.22000,第6181页表1至表16。母：紧固件基础GB|T3098.2-2000第83页至98页表1至表7。3、通常在螺栓和螺帽配合使用件,可能发生以下几种失效形式：A、螺杆断裂。B、螺杆的螺纹脱扣。C、螺帽的螺纹脱扣。D、螺帽和螺杆的螺纹都脱扣。由于螺杆断裂是突然发生的。比较容易发现，脱扣是逐渐发生的，很难发现，所以对螺纹连接的设计，总希望失效形成是螺杆断裂。（一）、SAE J995（钢螺帽STEEL NUTS）：此标准涵盖了适合使用於汽车和相关

22、工程用途之三个等级螺帽的机械性质和材质要求，其尺寸大小从1/4至1 1/2in（含）。 1、标记： 2级螺帽不需要任何等级标识。除非顾客有规定。5级、和8级六角螺帽，规格1/4 至1 1/2英寸必须有等级识别标记。 2、机械性能要求：螺帽应按产品的类型等级，规格符合下表相应的机械性能要求：等级标记公称尺寸直径（英寸）安全负荷应力PSI洛氏硬度等级识别标记UNC 8UNUNF 12UN和更细牙2（1）1/4-1 1/290，00090，000MAXHRC3251/4-1（含）120，000109，000MAXHRC321-1 1/2105，00094，000MAXHRC3281/4-5/8（含）

23、150，000150，000HRC24-325/8-1（含）HRC26-341-1 1/2HRC26-36注：（1）、2级通常仅适用于四方螺帽（SQUARE NUTS），而四方螺帽通常也仅用于2级。（二）、ASTM A563 （碳钢、合金钢螺帽） 此标准适用于一般结构用与机械用螺栓、螺柱和其它外螺纹组件使用的八种等级碳钢 与合金钢螺帽1、标记： （1）、标记方法： 符合O、A、B级螺帽不需标记，除非订单特别要求。 其余等级螺帽标记详见下表。 （2）、等级：螺帽机械性质级可含为：O级、A级、B级、C级、C3级、D级DH级、DH3 级。 2、机械性能等级：产品依ASTM A563规定方法执行机械性

24、能测试符合下合相应要求。螺帽等级公称尺寸（英寸）UNC、8UNUNF 12UN与更细牙等 级安全负荷应力（KSI）洛 氏安全负荷应力（KSI）洛 氏非镀锌镀锌硬 度非镀锌镀锌硬 度标识O方头6952B55-C32同下A9068B55-C32O六角头6952B55-C326549B55-C32A9068B68-C328060B68-C32B12090B69-C3210982B69-C32B10579B69-C329470B69-C32D135135B84-C38135135B84-C38DH150150C24-C38150150C24-C38DH3150150C24-C38A重型六角头10075

25、B68-C329068B68-C32无B133100B69-C3212090B69-C32B11687B69-C3210579B69-C32C144144B78-C38C3144144B78-C38D150150B84-C38150150B84C-38DDH175150C24-C38175150C24-C38DHDH3175150C24-C38DH3三、机械性质测试方法：（一）、安全负荷：螺帽必须组合于测试螺栓或经硬化之螺纹轴杆上，螺帽所规定之安全负荷必须以轴向施於螺帽。（轴杆之硬度至少达洛氏硬度C45，且螺纹必须为3A级公差，此外，其外径必须为最小外径加0.002in之公差）。 1、ISO8

26、98.1（GB3098.1）规定：试验时夹头的移动速度不应超过3mm/min，并持续15 秒钟。ASTM F606M中规定：测试时夹头移动速率不应超过1.0in/min（25mm/min）， 负荷持续时间为10秒。 2、试验时螺帽须能承受负荷而不应脱扣或断裂。当去除载荷后，应可用手或借助扳手松 开螺帽，但不得超过半扣。（二）、心部硬度：硬度测试应自螺帽高度一半位置横部，测量点应位于承受面上牙外径和一 角的中点，也可在对边的中心点距任一角三分之一的距离点，取1800两对角最少两个 硬度测试值的平均值作为该螺帽的硬度值。表面清理应去除任何氧化物，脱碳层、镀层及其他表面杂物。美国最新紧固件标准 IF

27、I (ANSI, ASME, SAE)第七版部分中文目录A部分 螺纹IFI 螺纹设计的基本要素ANSI/ASME B1.7M1 螺纹的专业术语、定义和字母标记ANSI/ASME B1.1 统一英寸制螺纹(UN和UNR螺纹形状)ANSI/ASME B1.3 适用于尺寸合格性的螺纹测量方法ANSI/ASME B1.2 统一英寸制螺纹的量规和测量ANSI/ASME B1.12 5级过盈配合螺纹B部分 材料IFI 选择紧固件材料IFI 螺栓和螺母的相适应性IFI 腐蚀IFI 镀层和涂层SAE J429 外螺纹紧固件的机械性能和材料要求ASTM A307 碳钢外螺纹标准紧固件ASTM A449 淬火和回

28、火的钢螺栓和螺柱ASTM A354 淬火和回火的合金钢螺栓、螺柱和外螺纹紧固件ASTM A193/A193M 高温下使用的合金钢和不锈钢栓接材料ASTM A320/A320M 低温下使用的合金钢和不锈钢栓接材料ASTM F593 不锈钢螺栓、六角头螺钉和螺柱ASTM F468 一般应用的有色金属螺栓、六角头螺钉和螺柱ASTM A563 碳钢和合金钢螺母ASTM A194/A194M 与高压高温下使用的螺栓配用的碳钢和合金钢螺母ASTM F694 不锈钢螺母ASTM F467 一般应用的有色金属螺母ASTM F788 螺栓、螺钉和螺柱的表面缺陷ASTM F812 螺母的表面缺陷ASTM F606

29、 测定外螺纹、内螺纹紧固件、垫圈和铆钉的机械性能的试验方法ASTM B633 钢铁制品上电解沉积锌涂层ASTM A153 钢铁制品上的锌涂层（热镀锌）ASTM B695 钢铁产品上的机械沉积锌涂层ASTM B696 钢铁产品上的机械沉积镉镀层ASTM A165 钢产品上的电解沉积镉涂层C部分 螺栓、螺钉和螺柱ANSI/ASME B18.2.1 方头、六角头螺栓和螺钉IFI 大规格重型六角头螺钉IFI-111 六角头法兰面螺钉IFI-115 12角头法兰面螺钉ANSI/ASME B18.5 半圆头螺栓ANSI/ASME B18.9 皿头螺栓ANSI/ASME B18.10 导轨螺栓ANSI/AS

30、ME B18.15 锻造吊环螺栓ANSI/ASME B18.6.2 头部开槽螺钉IFI 凸点焊接螺柱IFI-136 螺柱和弯曲螺栓D部分 螺母ANSI/ASME B18.2.2 方螺母和六角螺母IFI 六角法兰面螺母和六角大法兰面螺母IFI-128 六角轴接螺母ANSI/ASME B18.10 导轨螺栓用螺母ANSI/ASME B18.6.3 方机螺钉螺母和六角机螺钉螺母ANSI/ASME B18.17 蝶形螺母E部分 高强度结构栓接IFI 关于高强度结构栓接的说明ASTM A325 结构钢联结件用的高强度螺栓ASTM A490 热处理的钢结构螺栓,最小抗拉强度150ksiASTM A394 钢制镀锌输电塔螺栓ASTM F901 铝制输电塔螺栓和螺母ANSI/ASME B18.2.1 重型六角结构螺栓和斜头螺栓IFI 装配螺栓G部分 内凹槽螺钉ANSI/ASME B18.3 内凹槽螺钉、轴肩螺钉和紧定螺钉ASTM A574 合金钢内凹槽圆柱头螺钉ASTM F835 合金钢内凹槽按钮头和沉头螺钉ASTM F912 合金钢内凹槽紧定螺钉ASTM F879 不锈钢内凹槽按钮头和沉头螺钉ASTM F880 不锈钢内凹槽紧定螺钉