欧美紧固件机械性能与材料
第三部份.…………
1、概述
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2、德制紧固件机械性能标准的变迁
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3、美制紧固件机械性能标准的现状
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4、机械性能标准介绍
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（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ISO EN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）
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DIN ISO 898/1-92年；
2000年采用EN ISO 898/1《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DIN ISO 898/2-92年《德制螺母机械性能》；2000
年采用DIN EN 20898/2《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：
n 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：
n A、螺栓
ASTM A307-2000《碳钢外螺纹标准紧固件》
n SAE J429-1999《外螺纹紧固件机械性能和材料要求》
n ASTM A193／193M-2001《高温下的合金钢和不锈
钢螺栓材料》
n B、螺母
n ASTM A563-2000 《碳钢和合金钢螺母》
SAE J 995 《内螺纹紧固件机械性能和材料要求
》
n ASTM A194／194M-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δb 、屈服点 δs、和保证应力
Sp 。
抗拉强度δb 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δb。
ISO 8.8级标记含义中 “8”表示抗拉强度δb ＝830N/mm2（
≥M16） “.8”表示屈服强度/抗拉强度之比＝0.8%
SAE 5级的抗拉强度δb 是120000 psi(英磅/英吋2)
n 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δb Min800 N/mm2 ，原标准没
有规定最高强度δb Max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δb Min 。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640~772 N/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。
ISO 4.6 、8.8级 全螺纹规定采用6°楔铁
ISO 4.6 、8.8级 全螺纹规定采用10°楔铁
SAE 2级规定采用10°楔铁
SAE 5级规定采用10°楔铁
n 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。
n 2.3）、伸长率
n 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δ5，美制
机加工标准试样为2″即4倍直径。不能互换。
n 伸长率计算公式：δ%={（L1-Lo）/Lo} × 100%
n SAE 2级 伸长率18%
n SAE 5级 伸长率14%
n ISO 8.8级 伸长率12%。
n ISO 4.6级 伸长率22%，在满足强度400 N/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。
ISO 8.8级 ≦ M16 硬度 HB238~304 HRC22~32
≥M16 硬度 HB238~318 HRC23~34
**硬度较原末有变化。
SAE 5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：
ISO 8级 M4~M7 Sp=855 N/mm2
ISO 8级 M7~M10 Sp=887 N/mm2
ISO 8级 M10~M16 Sp=880 N/mm2
ISO 8级 M16~M39 Sp=920 N/mm2
A563 A级 Sp=620 N/mm2
ASTM-A194 2H级 Sp= 1205 N/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。
n 1、为什么德制DIN934六角螺母标181级？大家习惯叫假
8级呢？
n DIN934 M16螺母采用DIN267-4 《德制螺母机械性能》
n DIN267-4 I8I级保证应力800 N/mm2，是恒定值。
ISO898.2—88年版 8级 保证应力840 N/mm2
ISO898.2—94年版 8级 保证应力880 N/mm2
ISO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。
n 为了将德制DIN934螺母的I８I保证载荷Sp与ISO 898的保
证载荷Sp有所区别，特意在DIN934的强度上加“I I”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？
n 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。
n 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（826.80 N／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。
ISO 898-2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413 N／mm²；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826 N／mm²；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1033 N／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：
ASTM A307-2000 《碳钢外螺纹标准紧固件》
SAE J429-1999 《外螺纹紧固件机械性能和材料要求》
ASTM A193／193M-2001《高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料》
1.1、ASTM A307-2000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412 N／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412 N／mm2~~699 N／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399 N／mm2 ~551 N／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、SAE J429《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。
1.2、SAE J429《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468ºC；2级的冷镦螺栓、螺钉必
须采用消除应力回火，不低于468º；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
427º；8级螺栓、螺钉、螺柱要在油中淬火，回火温度
不低于427º。
4）、5级、5.2级螺栓的脱碳按SAE J121执行。表面
缺陷按SAE J1061执行，如用户有更高要求则按SAE
J123执行。
5）、机械性能试验方法参照ASTM F606标准执行.
1.3、 ASTM A193／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861.25 N／mm2 ；屈服强度723.45 N／
mm2 ；伸长率16%；面宿率50%；硬度Max C35、（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δ5 %。
1.3、 ASTM A193／A193M-2001
《高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料》
** 匹配螺母按ASTM A194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620.00 N／mm2，固溶退火
紧固件的强度可达516.00 N／mm2。
1.2、 ASTM A193／A193M-2001
《高温下的合金钢和不锈钢螺栓材料》
n 铁素体不锈钢--430、430F，对热处理没有反应，强度
可达500.00 N／mm2。但进行适当的热处理，能较好的适
应耐高温特性。
n 马氏体不锈钢--410、416、431，可通过热处理，强度
最高可达1240.00 N／mm2。
n **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)。
n B16采用铬-钼-钒钢合金钢。
n **加工工艺注意：
n 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620ºC，在螺纹辗
制后进行。配螺母按ASTM A194标准选配
n **产品要倒角。并作好产品等级标志。
1.4、 ASTM A490《钢结构用高强度螺栓连接付》
n 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。
n 1型――用中碳合金钢制造。
n 2型――于2002年取消。2型是低碳马氏体钢的
n 等级，
n 3型――用耐大气腐蚀的钢制造（材料按ASTM
n A588／A588M、A242和A709标准选
n 用）。
n 相配的螺母全部选用ASTM A563,取消ASTM A194
的2H级。
n 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
n 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 。
n 低强度螺母保证载荷 620 N／mm²；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.
n 中等强度螺母保证载荷 826 N／mm²；采用中碳钢
生产。
n 高强度螺母保证载荷1033 N／mm2，甚至更高。
采用中碳钢和中碳合金钢生产，要热处理。
n 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。
2.2、SAE J 995《内螺纹紧固件机械性能和材
料要求》
n 不知什么原因？IFI第七版并末介绍SAE
J995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。J 995的三个强度等级已全部包容在
A563的强度等级里。
2.3、 ASTM A194/194M-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》
n 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ASTM
A194/194M标准，为适应不同的用途，标准规定了42
个等级。
n 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。
n 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540ºC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500 N／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碳含量是
0.15，对所有的等级规定了硼的最大含量。
2、对头部比较复杂的可不做楔负载试验。
3、对要求耐腐蚀、可焊性、高温条件不在本
标
准中。
4、对≥M20的8.8级螺栓用材，需采用10.9级
规
定的材 料。
5、10.9级的低碳马氏体钢需注10.9，8.8级可
不
注8.8。
6、 对≤16 8.8级硬度调正为HRC22～32，
≥M16 HRC23~34，10.9级硬度全部提
高
HRC 1。
7、硬度以维氏硬度仲载为准。
8、有些再回火试验、冲击试验不是非要做的，
仅适个别等级和特殊要求。
9、新增≤10的螺钉要做扭矩试验，参考
ISO898-7。
10、为防止表面渗碳，需做表面硬度与芯部硬
度的对比，其差值不大于HV0.3 30。
11、楔负荷试验可代替拉力试验，断裂不允许
发生在头杆交接处，但对全螺纹断在最后一
牙螺处或已延伸到头下园弧也是允许的。
12、对法兰螺栓的楔负荷试验的角度改为６度
。
5、头部标记
n 美国和国际紧固件标准都制定了紧固件不同的机械性
能等级，并规定了部份低碳钢、所有的中碳钢和合金钢
制造的紧固件，特别对高强度螺栓及螺母，必须在产品
上制出强度等级和制造者或经销者的识别标志。
n 性能等级和制造者标志符号、代号通常在螺栓、螺钉
的六角头顶部用凸印标志，螺柱在末端一侧用凹印标志
，螺母一般在支承平面上用凹印标志。
n 对买方来说识别标志是产品质量可追塑性的最好保证
。仅凭肉眼识别的强度特性的标志，就可判定紧固件的
适用性，仅凭标明的紧固件制造者识别标志，就给使用
者提供了可追踪性。一旦发现无标志的紧固件就会当作
混杂品进行隔离，或谨慎地降级使用，对没有生产者标
志的紧固件就会被认为是没有信誉的企业生产的。
n 美制紧固件标志见表格。
