ISO898-1 | GB/T 3098.1 紧固件机械性能解读-螺栓、螺钉、螺柱
    

话题     ISO 898-1       GB/T 3098.1    

 

 

标准适用范围

 

ISO898-1和GB/T3098.1中规定的是由碳钢或合金钢制造，在测试温度为10℃~35℃ 条件下螺栓、螺钉和螺柱的机械性能。需要说明的是，在这个温度范围内，符合要求的螺栓、螺钉和螺柱在较高或较低温度下，也可能达不到规定的机械性能和物理性能。（注：按照此标准生产的紧固件适用的使用温度-50℃~+150℃。）
这里说明的测试温度和使用温度为两个独立的温度、无实际关联，需区分开来。

 

性能等级标记

 

紧固件性能等级的代号，由点隔开的两部分数字组成：

 

XX	点左边的数字		点右边的数字
含义	表示公称抗拉强度（Rm,公称）的 1/100 ,以 Mpa计		表示公称屈服强度（下屈服强度）或规定非比例延伸0.2%的公称力（Rp 0.2）或非比例延伸0.0048d的公称应力与公称抗拉强度（Rm）比值的10倍
数值	4、5、6、8、9、10、12		.6  .8  .9
备注	若材料性能与 8.8 级相同，但其实际承载能力又低于8.8级的紧固件（降低承载能力的）产品，其性能等级应标记为 “08.8”

  

如果产品为降低承载能力的紧固件，即使某些规格能够达到全承载能力的技术要求，但根据ISO898-1和GB/T3098.1中说明的对该产品的所有规格还应按下表的规定进行标志

 

降低承载能力的紧固件的标志代号
性能等级	4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	8.8	9.8	10.9	12.9	12.9
标准代号	04.6	04.8	05.6	05.8	06.8	08.8	09.8	010.9	012.9	012.9
备注	标志代号中的“.”可以省略

 

机械性能

1.1 紧固件的承载能力

 

紧固件的承载能力
分类	全承载能力紧固件	降低承载能力紧固件
试验系列	按FF1、FF2、MP2进行拉力试验	按FF3或FF4进行拉力试验
试验要求	1、断裂应发生在未旋合的长度内或无螺纹杆部；                2、最小拉力载荷应符合相关规定。	通常不断裂在未旋合螺纹的长度内
设计类型	标准螺栓或螺钉	螺栓或螺钉的头部设计                                                   紧固件特殊的杆部设计
备注	1、参考GB 3098.1表4或表6 2、带或不带外扳拧的降低头部高度的螺栓,或带内扳拧的扁圆头、低圆柱头或某些沉头螺钉 3、适用于不要求,或不按本规定的承载能力,如腰状杆螺钉。

 

1.2 螺栓和螺钉（不含螺柱）成品楔负载试验

 

1.2.1   通则
该试验可同时测定：1.螺栓和螺钉成品的抗拉强度Rm；2.头与无螺纹杆部或螺纹部分交接处的牢固性。

 

1.2.2  设备仪器
根据ISO898-1和GB/T3098.1中规定，该试验使用的拉力试验机应符合ISO 7500-1或GB/T 16825.1的规定。不使用自动定心装置。

 

楔负载试验用楔垫角度a
螺纹公称直径 d/mm		3≤d≤20		20＜d≤39
级别		4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9	12.9 / 12.9	4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9	12.9 / 12.9
公差		a ± 30'
螺栓或螺钉 无螺纹杆部长度	ls＜2d	6°	4°	4°	4°
	ls≥2d	10°	6°	6°	4°

 

另外，需要特别注意的是，对于头部支撑面超过1.7d 而未通过楔负载试验的螺栓和螺钉成品。可将头部加工到1.7d，并按上表规定的楔垫角度进行再次试验。此外，对于头部支撑面直径超过1.9d的螺栓和螺钉成品，可将楔垫角度10°减小到6°

 

1.2.3.1 测定抗拉强度Rm
根据公称应力截面积，As和试验过程中测量的极限拉力载荷，Fm计算抗拉强度Rm：
Rm = Fm/As
公称应力截面积As具体数值在ISO 898-1和GB/T 3098.1 中的表4和表6给出。

 

1.2.3.2 测定头与杆部或螺纹连接处的牢固性试验
根据ISO898-1和GB/T3098.1中规定的测定头与杆部或螺纹连接处的牢固性试验应满足下列所示的要求：
A）不应断裂在头部
B）带无螺纹杆部的螺栓和螺钉不应在头与杆部交接处断裂。
C）全螺纹的螺栓、螺钉如断裂始于未旋合螺纹的长度内，允许在拉断前已延伸或扩展到头部与螺纹交接处，或者进入头部。

 

螺栓、螺钉和螺柱力学性能
螺纹公称直径 d/mm		性能等级
		12.9	10.9	9.8	8.8  D≤16mm	8.8  D＞16mm	6.8	5.8	5.6	4.8	4.6
抗拉强度 Rm/Mpa	公称	1200	1000	900	800		600	500		400
	Min	1220	1040	900	800	830	600	520	500	420	400
下屈服强度 ReL/Mpa	公称	-	-	-	-	-	-	-	300	-	240
	Min	-	-	-	-	-	-	-	300	-	240
规定非比例延伸0.2%的应力 Rp0.2/Mpa	公称	1080	900	720	720	640	-	-	-	-	-
	Min	1100	940	720	720	660	-	-	-	-	-
紧固件实物的规定非比例延伸0.048d的应力 Rpf/Mpa	公称	-	-	-	-	-	480	400	-	320	-
	Min	-	-	-	-	-	480	420	-	340	-

 
1.3 紧固件成品的拉力试验

根据ISO898-1和GB/T3098.1中规定该试验用于测定紧固件成品的抗拉强度Rm。主要适用于符合以下规定的紧固件
A）全承载能力的螺栓和螺钉
B）无螺纹杆径ds＞d2
C）螺栓和螺钉的公称长度L≥2.5d；螺纹长度b≥2.0d；螺柱的总长度l≥3.0d
D）3mm≤d≤39mm
E）所有性能等级

 

1.3.1  试验设备和装置
夹具和螺纹夹具应满足
A）硬度不低于45HRC;如果夹具硬度不合格，容易造成在试验过程中，当试验加载力还未达到螺栓所承受的极限拉伸力时，夹具失效导致试验结果出现误差；甚至有可能造成试验设备的损坏，因此夹具的硬度必须满足标准要求。
B）通孔的直径和内螺纹夹具的螺纹必须满足标准要求，有效防止在试验过程中由于夹具螺纹不规范引起的误差；

 

1.3.2  试验程序
将尺寸检验合格的紧固件，按照GB/T3098.1和ISO 898-1中图示规定的方式拧入内螺纹夹具中；螺纹的有效旋合长度至少应大于一个螺纹直径；试验机夹头的分离速率不应超过25mm/min。需要说明的是拉力试验应持续进行，直至断裂。

 

1.3.3  技术要求
紧固件拉伸试验完成后，断裂部位应断裂在未旋合螺纹的长度内或无螺纹杆部。对于全螺纹的螺钉，如果断裂始于未旋合螺纹的长度内，允许在拉断前已延伸或扩展到头部与螺纹交接处，或者进入头部。
抗拉强度Rm的最小值应满足GB/T3098.1中表3给出的数值；最小拉力载荷Fm应符合表4或表6的相关规定。

 

1.4 头部弱的螺栓和螺钉及腰状杆紧固件拉力试验

试验方法和试验装置同成品紧固件拉伸试验使用的一致
1.4.1 技术要求
对于头部弱的紧固件极限拉力载荷应满足相应的产品标准要求；在ISO898-1和GB/T 3098.1中未对具体数值做详细规定；
对于腰状杆螺栓应保证断裂发生在腰状杆内，抗拉强度Rm同样需要满足标准中对成品紧固件的力学性能要求。

 

1.5 紧固件成品保证载荷试验

 

保证载荷是螺纹产品实物不产生明显塑性变形所能承受的极限载荷；数值是由产品的螺纹应力截面积和保证应力的乘积所得。
保证载荷试验主要有两部分；（一）实施规定的保证载荷；（二）测量由保证载荷产生的永久伸长。
适用范围和使用的设备装置同1.3中介绍的紧固件成品的拉力试验中相关要求一致。

 

1.5.1 试验程序
将尺寸检验合格的紧固件，按照GB/T3098.1和ISO 898-1中图示规定的方式拧入内螺纹夹具中；螺纹的有效旋合长度至少应为1d；试验机夹头的分离速率不应超过3mm/min。应保持该保证载荷15s。

 

1.5.2 技术要求
试验结束后测量紧固件的总长度应与试验前长度相同。试验过程中直线度、螺纹对中性和测量误差影响可能导致紧固件明显的伸长可使用比规定的值增大3%的载荷，重新进行试验。如果第二次卸载后的长度与其加载前的长度相同，则也可认定符合试验要求。

 

1.6 机械加工件拉力试验

该试验可测定抗拉强度；下屈服强度，加工件的断后伸长率和收缩率。
机械加工件是由因几何尺寸降低了承载能力、头部承载能力强于试件的横截面积承载能力的螺栓或螺钉上制取，也可以由无螺纹杆径的紧固件上制取。公称直径d＞16mm的且淬火并回火紧固件的机械加工试件，其直径的减少量不应超过原有直径d的25%（初始横截面积的44%）。对由螺柱制取的试件，其两端的螺纹长度至少为1d。
 
1.6.1 试验方法和技术要求
按GB/T 228.1的规定测定方法进行测试，应满足下表中规定
A）最小抗拉强度Rm
B）下屈服强度ReL或0.2%非比例延伸应力Rp0..2
C）加工试件的断后伸长率A
D）加工试件的断面收缩率Z

 

1.7 头部坚固性试验

 

头部坚固性试验用试验模β角
性能等级	4.6	5.6	4.8	5.8	6.8	8.8	9.8	10.9	12.9/12.9
β	60°		80°

 

该试验主要用于检查紧固件头部与无螺纹杆部或螺纹过渡圆处的牢固性。检查时，将紧固件置于有规定的角度模具中，用手锤击打紧固件头部数次使头弯曲90°-β角。放大8~10倍进行检查。通常用于因紧固件太短，而不能实施楔负载试验的场合。

 

1.7.1 技术要求
在头部与无螺纹杆部或螺纹过渡圆处，不应发现裂痕；全螺纹的螺钉即使在第一扣螺纹出现裂缝，只要头部未断掉，仍应视为符合本试验要求。

 

1.8 硬度试验

 

硬度试验适用于所有规格、所有性能等级的紧固件。试验方法主要依据GB/T4340.1、GB/T231.1、GB/T230.1;

 

1.8.1 螺纹横截面测定硬度
在距离螺纹末端1d处取一横截面，并经过磨，抛光后，在1/2半径与轴心线间的区域内测定硬度，如下所示
 
1.8.2 表面硬度
去除表面镀层或涂层，并对试件进行适当处理，在头部平面、末端或者无螺纹杆部测定硬度。

 

1.8.3 技术要求
对不能实施拉力的紧固件和短螺纹长度的栓接结构用螺栓，硬度应满足下表的范围。对热处理紧固件，在横截面1/2半径处测得的硬度差，应小于30HV，证实材料中的马氏体已达到90%的要求。
如有争议，应按1.8.1中的测定方法，使用维氏硬度进行仲裁试验。

 

螺栓、螺钉和螺柱硬度要求
物理性能		性能等级
		4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	8.8  D≤16mm	8.8  D＞16mm	9.8	10.9	12.9/12.9
维氏硬度 HV,F≥ 98N	Min	120	130	155	160	190	250	255	290	320	385
	Max	220				250	320	335	360	380	435
维氏硬度 HBW	Min	114	124	147	152	181	245	250	286	316	380
	Max	209				238	316	331	355	375	429
洛氏硬度 HRB	Min	67	71	79	82	89	-	-	-	-	-
	Max	95				99.5	-	-	-	-	-
洛氏硬度 HRC	Min	-	-	-	-	-	22	23	28	32	39
	Max	-	-	-	-	-	32	34	37	39	44

 

 

1.9 脱碳试验

 

本试验测定淬火并回火的紧固件表面脱碳和脱碳层深度；由热处理工艺造成的超过下表要求的脱碳层，会减低螺纹强度并可能造成其失效。测定方法有
(一) 金相法：可以测定螺纹全脱碳层的深度G和螺纹未脱碳层的高度E。
(二) 硬度法: 可测定螺纹未脱碳层的高度E和用显微-硬度法测定不完全脱碳层。
 
1.9.1     金相法
该方法适用于8.8级~12.9级的所有规格的紧固件； 

 

1.9.1.1  试验程序
在距螺纹末端约一个公称直径（1d）、沿螺纹轴心线截取一纵向截面的试件。对试件进行镶嵌、研磨、抛光。通常使用3%的硝酸酒精进行侵蚀。将侵蚀后的试件置于显微镜下，除非另有协议，否则应放大100倍进行检查。

 

1.9.1.2  技术要求
全脱碳层的最大深度G应符合下表规定的技术要求。螺纹未脱碳层的高度E应符合表18的规定技术要求。

 

1.9.2    硬度法
该方法适用于螺距P≥1.25mm；8.8级~12.9级的所有规格的紧固件；

 

1.9.2.1 试验程序
按图所示测量第1点和第2点的维氏硬度。试验力为2.942N（维氏硬度试验HV0.3）。 

 

1.9.2.2 技术要求
第2点的维氏硬度值，HV（2）应等于或者大于第1点的维氏硬度，HV(1)    减去30个维氏单位。螺纹未脱碳层的高度E应符合规定的技术要求。当全脱碳层达到规定的最大值时，不能采用硬度法进行脱碳层的测量。

 

1.10 增碳试验

主要测定淬火并回火紧固件的表面在热处理工艺中是否形成增碳。对于表层增碳状态的评定，基体金属硬度和表面硬度的差值是决定性指标。因为由于增加表面硬度能造成脆断或降低抗疲劳性，所以增碳是有害的。应仔细区分硬度的增加是由于增碳还是热处理或表面冷作硬化引起的，例如热处理后碾制螺纹。测定方法主要有
(一) 在纵截面上测定硬度；
(二) 在表面测定硬度。
有争议时，当P≥1.25mm时，按照纵截面硬度试验进行仲裁。

 

1.10.1   纵截面测定硬度
该方法适用于螺距P≥1.25mm；8.8级~12.9级的所有规格的紧固件；

 

1.10.1.1 试验程序
测量点1和第3点的维氏硬度。试验力为2.942N（HV0.3）
 
1.10.1.2 技术要求
要求第3点的维氏硬度值，HV（3）应等于或小于第一点维氏硬度，HV（1）加上30个维氏硬度单位。超过30个维氏硬度单位，表示已增碳。

 

1.10.2   表面测定硬度
该方法适用于8.8级~12.9级的所有规格的紧固件；

 

1.10.2.1 试验程序
将头部或末端用研磨或抛光准备一个适当的平面，确保材料表面原始特征的复现与保持。或在距螺纹末端1d处截取一个横截面，并经适当制备。测定选用2.942N（维氏硬度试验HV0.3）

 

1.10.2.2 技术要求
表面硬度值与集体金属的硬度值不应超过30个维氏单位。对于10.9级和12.9级的表面硬度不超过390HV或者435HV。

 

1.11 扭矩试验

 

适用于不能进行拉力试验的螺栓和螺钉。要求头部承载能力强于螺纹杆部的螺栓和螺钉，直径1.6mm~10mm的4.6级~12.9级的紧固件。

 

1.11.1试验程序
试验装置应参考GB/T3098.13中要求的，将螺栓或螺钉装入试验夹具，装夹深度至少1d螺纹长度。从头部到螺纹收尾，或无螺纹杆部到螺纹收尾末端未旋合螺纹的长度Lth至少有2P应连续施加扭矩。

 

1.11.2技术要求
具体技术要求可参考GB/T 3098.13或ISO 898-7中规定的，产生争议时，对不能进行拉力试验的螺栓和螺钉按1.8规定的硬度试验为仲裁试验；对能进行拉力试验的螺栓和螺钉拉力试验为仲裁试验。

 

1.12 机械加工试件的冲击试验

 

本试验主要用于检验在规定的低温条件下，紧固件材料的韧性。主要适用于d≥16mm的螺栓螺钉和螺柱总长度大于55mm；5.6级8.8级10.9级和12.9级的紧固件。

 

1.12.1试验程序
冲击试验用试件应沿螺杆纵向，尽量靠近紧固件表面，并尽可能远离螺纹部分。试件无刻槽的一边应靠近紧固件表面。试件的尺寸需符合GB/T229和ISO148-1中规定的试件规格，表面进行验收。
将验收合格的试块置于恒温-20℃的条件下，用2mm的摆锤刀刃半径，按GB/T229和ISO148-1中规定进行试验操作。

 

标志标识

1.1 制造者识别标志
制造者识别标志应在生产过程中，在标志性能等级代号的所有紧固件产品上标志。紧固件的销售者使用自己的识别标志，也应视为制造者识别标志。

 

1.2 全承载能力紧固件的标记与标志
在小螺钉的情况下，或当头部形状不允许时，可给出时钟钟面标志符号。

 

1.3 识别标志

 

1.3.1 六角和六角花型头螺栓和螺钉
六角和六角花型头螺栓和螺钉（包括法兰面紧固件）应标志制造者识别标志和标准中规定的性能等级的标志代号。对所有性能等级的和公称直径≥5的紧固件均要求制出标志。在头部顶面做标识标记时可选用用凹字或者凸字；在侧面选用凹字，对于法兰面螺栓或螺钉当制造工艺不允许在头部顶面标志时，可在法兰上标志。

 

1.3.2 内六角和内六角花形圆柱头螺钉
内六角和内六角花形的螺钉标识标识方法同1.3.1中说明的一致，也是要求所有性能等级d≥5mm的紧固件均要求有标志。

 

1.3.3 圆头方颈螺栓
圆头方颈的螺栓应标志制造者识别标志和GB/T3098.1中表19规定的性能等级标志代号。同样规定的是对于所有性能等级的d≥5mm的紧固件均要求。

 

1.3.4 螺柱
螺柱的比标识要求为对于5.6级、8.8级、9.8级、10.9级和12.9级及公称直径≥5mm的螺柱要求做出标识。标识位置为螺柱无螺纹的杆部，或者两端并可省去制造者识别标志。

 

1.3.5 其他类型的螺栓和螺钉
通常，对沉头、半沉头、圆柱头及盘头螺钉，或类似开槽、十字槽形状的，或有内凹槽，或者其他内扳拧结构的，均不进行标志。

 

1.3.6 左旋螺纹的螺栓和螺钉标志
对公称直径≥5mm的左旋螺纹的螺栓和螺钉应在头部顶面或末端进行标志。

1.4 包装标志

 

对各类紧固件、所有规格的所有包装上，均应有标志（含贴或拴标签）。标志应包括制造者和/或经销商识别标志和性能等级标志代号，以及GB/T90.3规定的生产批号。