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碳钢和合金钢制紧固件的机械性能 — 规定性能等级的螺母 (ISO 898-2)

  • 命名系统(螺母型式、性能等级)


    5.1 螺母形式(三种)

      对于无法兰面和无有效力矩特征的标准六角螺母,适用下列限制:

      1型:标准螺母,最小高度为0.80D≤mmin 0.89D,见表B.1;

      2型:高螺母,最小高度为mmin≥0.89D,见表B.1;

      0型:薄螺母,最小高度为0.45D≤mmin 0.80D。

      对于其他标准螺母(如:法兰面螺母、有效力矩型螺母、非六角螺母等),型式应在产品标准中与机械性能一起说明。

    B.1 标准六角螺母的最小高度(无法兰面且无有效力矩特征)

    尺寸单位:mm   

    螺纹

    D

    对边宽度

    S公称

    六角螺母的最小高度

    标准螺母(1型)

    0.80D≤mmin 0.89D

    高螺母(2型)

    mmin≥0.89D

    mmin

    mmin/D

    mmin

    mmin/D

    5

    8

    4.4

    0.88

    4.8

    0.96

    6

    10

    4.9

    0.82

    5.4

    0.9

    7

    11

    6.14

    0.88

    6.84

    0.98

    8

    13

    6.44

    0.81

    7.14

    0.9

    10

    16

    8.04

    0.8

    8.94

    0.89

    12

    18

    10.37

    0.86

    11.57

    0.96

    14

    21

    12.1

    0.86

    13.4

    0.96

    16

    24

    14.1

    0.88

    15.7

    0.98

    18

    27

    15.1

    0.84

    16.9

    0.94

    20

    30

    16.9

    0.85

    19

    0.95

    22

    34

    18.1

    0.82

    20.5

    0.93

    24

    36

    20.2

    0.84

    22.6

    0.94

    27

    41

    22.5

    0.83

    25.4

    0.94

    30

    46

    24.3

    0.81

    27.3

    0.91

    33

    50

    27.4

    0.83

    30.9

    0.94

    36

    55

    29.4

    0.82

    33.1

    0.92

    39

    60

    31.8

    0.82

    35.9

    0.92

     

      对于图纸所示螺母,应根据最小设计螺纹高度mth,设计,以及机械性能说明其形式。在图1与表1中规定了mth,设计mth,设计是螺母倒角(如果有)或螺母表面,与代表公称螺纹直径D的理论圆柱体的交点之间的距离。

     

    1 图纸所示螺母的设计螺纹高度

    标准螺母(1型)

    高螺母(2型)

    薄螺母(0型)

    0.73Dmth,设计,min0.83D

    mth,设计,min≥0.83D

    0.40Dmth,设计,min0.73D

      1:通过考虑螺母的最关键尺寸,即最小高度mmin、倒角的最大直径da,max 、倒角的最小倒角角度(标准螺母和高螺母为90°,薄螺母为110°)和两个倒角(每个支承面上一个),计算mth,设计,min的限值。

      2:直径为12mm至39mm的标准六角螺母的最小比率是本表规定数值的基础。

     

    5.2 性能等级

      标准螺母(1型)和高螺母(2型)的性能等级由一个数字组成。该数字与可与之匹配的螺栓、螺钉和螺柱的相应最高性能等级左侧的数字相对应,即单位为兆帕的匹配螺栓公称抗拉强度的1/100。(示例:性能等级10级的螺母为可与最高10.9级的螺栓匹配的标准螺母或高螺母。)

      薄螺母(0型)的性能等级由两位数字组成,按以下方式规定:

      a)第一位数字“零”表示降低了薄螺母的承载能力,以警告这些螺母不能设计用于防止过载情况下的螺纹脱扣失效模式;

      b)第二位数字大约相当于单位为兆帕MPa的公称保证应力SP1/100。示例:性能等级05级的螺母是公称保证应力为500MPa的薄螺母。

  • 材料、热处理、化学成分和钢的显微组织


    7.1 概述

      当螺母准备在-50℃至+150℃范围外的应用使用时,需要考虑几个因素,例如钢成分、低温或高温下的工作时间、温度对紧固件机械性能和夹紧零件的影响。

      注:EN 10269、ASTM A320/A320M和ASTM A194/A194M中给出了在低温和高温下使用的钢材的选择和应用信息。

      钢的化学成分范围、热处理条件(包括仅淬火和回火螺母的最低回火温度)以及规定性能等级组合件的显微组织、高度(型式)和螺纹直径,都应符合用于粗牙螺纹螺母的表3,和用于细牙螺纹螺母的表4的规定。

    7.2 热处理

      以下热处理条件的螺母,应按照表3和表4中规定的要求制造:

      — 不淬火和回火(NQT);

      — 淬火和回火(QT)。

      制造商可自行决定在一种或另一种条件(NQT或QT)下制造以下螺母,在这两种情况下,这些螺母应满足相关热处理条件的所有适用要求:

      a)粗牙螺纹且符合表3要求的螺母:

      — D≤M16的性能等级8级的标准螺母(1型);

      — 性能等级8级的高螺母(2型)。

      b)细牙螺纹且符合表4要求的螺母:

      — D≤M16的性能等级6级的标准螺母(1型);

      — D≤M16的性能等级8级的高螺母(2型)。

    7.3 化学成分

      应根据相关国际标准评定化学成分。如有争议,产品分析应符合表3或表4中规定的范围。

      对于要热浸镀锌的螺母,应适用ISO 10684中规定的附加要求。

    3 粗牙螺纹螺母钢的化学成分范围

    热处理

    性能

    等级

    螺母

    高度

    螺纹

    D

    熔炼分析 ①②

    回火温度

    min

    C

    Mn

    P

    S

    min

    max

    min

    max

    max

    不淬火和回火(NQT)

    04 ④

    0型

    M5≤D≤M39

    0.06

    0.58

    0.25

    0.06

    0.15

    /

    5 ④

    1

    M5≤D≤M39

    6 ④

    1

    M5≤D≤M39

    8

    1

    M5≤D≤M16 

    2

    M5≤D≤M39 

    淬火和回火(QT) ⑥

    05

    0

    M5≤D≤M39

    0.15

    0.58

    0.45

    0.048

    0.058

    380

    8

    1

    M5≤D≤M39

    2

    M5≤D≤M39

    10

    1

    M5≤D≤M39

    2

    M5≤D≤M39

    12

    1

    M5≤D≤M16

    0.18

    410

    2

    M5≤D≤M39

    0.15

    380

    如有争议,应以产品分析为准。

    ② 如果满足本标准要求的机械和物理性能,可添加合金元素。

    ③ 根据7.4.1条,NQT螺母钢的组织不应包含淬火显微组织。

    ④ 这些螺母可用含硫、磷和铅的易切削钢制造,含量如下:S≤0.35%;P≤0.11%;Pb≤0.35%。

    ⑤ 制造商可自行决定对这些螺母进行淬火和回火,在这种情况下,应适用QT螺母的所有要求。

     根据7.4.2条,QT螺母的显微组织应显示约90%的马氏体。

     

    4 细牙螺纹螺母钢的化学成分范围

    热处理

    性能

    等级

    螺母

    高度

    螺纹

    D

    熔炼分析 ①②

    回火温度

    min

    C

    Mn

    P

    S

    min

    max

    min

    max

    max

    不淬火和回火(NQT) ③

    04

    0型

    M8≤D≤M39

    0.06

    0.58

    0.25

    0.06

    0.15

    /

    6

    1型

    M8≤D≤M16

    8

    2型

    M8≤D≤M16

    淬火和回火(QT) ⑥

    05

    0型

    M8≤D≤M39

    0.15

    0.58

    0.45

    0.048

    0.058

    380

    6

    1型

    M8≤D≤M39

    8

    1型

    M8≤D≤M16

    1型

    M16D≤M39

    0.18

    410

    2型

    M8≤D≤M39

    0.15

    380

    10

    1型

    M8≤D≤M16

    2型

    M8≤D≤M39

    12

    2型

    M8≤D≤M39

    0.18

    410

    如有争议,应以产品分析为准。

    ② 如果满足本标准要求的机械和物理性能,可添加合金元素。

    ③ 根据7.4.1条,NQT螺母钢的组织不应包含淬火显微组织。

    ④ 这些螺母可用含硫、磷和铅的易切削钢制造,含量如下:S≤0.35%;P≤0.11%;Pb≤0.35%。

    ⑤ 制造商可自行决定对这些螺母进行淬火和回火,在这种情况下,应适用QT螺母的所有要求。

     根据7.4.2条,QT螺母的显微组织应显示约90%的马氏体。

     

    7.4 钢的显微组织

    7.4.1 不淬火和回火螺母

       不淬火和回火(NQT)螺母应按锻造或机加工状态供货。钢的组织不应包含淬火显微组织。

    7.4.2 淬火和回火螺母

       对于要淬火和回火(QT)螺母的材料,应具有足够的淬透性,确保整个螺母具有由约90%马氏体组成的均匀显微组织。

       制造商应确保超过奥氏体转变温度,和在淬火期间在整个螺母中,允许实现马氏体充分转变的足够时间,确保一致的机械性能。

  • 机械和物理性能


    8.2 保证载荷

    5 粗牙螺纹螺母的保证载荷

    螺纹

    D

    螺距

    P

    保证载荷,FpN)

    性能

    04 ①

    05 ①

    5

    6

    8

    10

    12

    M5

    0.8

    5400

    7100

    8250

    9500

    12140

    14800

    16300

    M6

    1

    7640

    10000

    11700

    13500

    17200

    20900

    23100

    M7

    1

    11000

    14500

    16800

    19400

    24700

    30100

    33200

    M8 ②

    1.25

    13900

    18300

    21600

    24900

    31800

    38100

    42500

    M10 ②

    1.5

    22000

    29000

    34200

    39400

    50500

    60300

    67300

    M12

    1.75

    32000

    42200

    51400

    59000

    74200

    88500

    100300

    M14

    2

    43700

    57500

    70200

    80500

    101200

    120800

    136900

    M16

    2

    59700

    78500

    95800

    109900

    138200

    164900

    186800

    M18

    2.5

    73000

    96000

    121000

    138200

    176600

    203500

    230400

    M20

    2.5

    93100

    122500

    154400

    176400

    225400

    259700

    294000

    M22

    2.5

    115100

    151500

    190900

    218200

    278800

    321200

    363600

    M24

    3

    134100

    176500

    222400

    254200

    324800

    374200

    423600

    M27

    3

    174400

    229500

    289200

    348800

    452100

    486500

    550800

    M30

    3.5

    213200

    280500

    353400

    426400

    552600

    594700

    673200

    M33

    3.5

    263700

    347000

    437200

    527400

    683600

    735600

    832800

    M36

    4

    310500

    408500

    514700

    620900

    804700

    866000

    980400

    M39

    4

    370900

    488000

    614900

    741800

    961400

    1035000

    1171000

      ① 当使用薄螺母时,应用应考虑脱扣载荷,该载荷低于具有全承载能力的螺母的保证载荷。

      ② 螺纹公差等级6H的热浸镀锌螺母应符合本表的要求。对于符合ISO 965-5螺纹公差等级6AX和6AZ的热浸镀锌螺母,应适用ISO 10684中规定的M8和M10的较低保证载荷。

     

    6 细牙螺纹螺母的保证载荷

    螺纹

    D×P

    保证载荷,FpN)

    性能等级

    04 ①

    05 ①

    6

    8

    10

    12

    M8×1

    14900

    19600

    30200

    37400

    43100

    47000

    M10×1.25

    23300

    30600

    47100

    58400

    67300

    73400

    M10×1

    24500

    32200

    49700

    61600

    71000

    77400

    M12×1.5

    33500

    44000

    68700

    84100

    97800

    105700

    M12×1.25

    35000

    46000

    71800

    88000

    102200

    110500

    M14×1.5

    47500

    62500

    97500

    119400

    138800

    150000

    M16×1.5

    63500

    83500

    130300

    159500

    185400

    200400

    M18×2

    77500

    102000

    177500

    210100

    220300

    248100

    M18×1.5

    81700

    107500

    187000

    221500

    232200

    262800

    M20×2

    98000

    129000

    224500

    265700

    278600

    313500

    M20×1.5

    103400

    136000

    236600

    280200

    293800

    329900

    M22×2

    120800

    159000

    276700

    327500

    343400

    386500

    M22×1.5

    126500

    166500

    289700

    343000

    359600

    404700

    M24×2

    145900

    192000

    334100

    395500

    414700

    467100

    M27×2

    188500

    248000

    431500

    510900

    535700

    609800

    M30×2

    236000

    310500

    540300

    639600

    670700

    764100

    M33×2

    289200

    380500

    662100

    783800

    821900

    935800

    M36×2

    328700

    432500

    804400

    942800

    934200

    1063900

    M39×2

    391400

    515000

    957900

    1123000

    1112000

    1265000

      ① 当使用薄螺母时,应用应考虑脱扣载荷,该载荷低于具有全承载能力的螺母的保证载荷。

     

    8.3 硬度

      当按照规定进行试验时,具有规定性能等级的螺母应满足硬度要求,如下所示:

       — 对于NQT螺母,给出的最低硬度仅供参考,但应适用表7或表9中的最高硬度要求;

       — 对于QT螺母,应适用表8或表10中的最低硬度和最高硬度要求。根据10.2.7条在芯部和螺纹测定硬度的差值不应大于30HV。

    7 粗牙螺纹不淬火和回火(NQT)螺母的硬度

    性能

    等级

    型式

    螺纹D

    维氏硬度 HV

    换算的布氏硬度

    HB或HBW

    换算的洛氏硬度

    min

    max

    min

    max

    min

    max

    04

    0型

    M5≤D≤M39

    188

    334

    179

    318

    88.8HRB

    33.9HRC

    5

    1型

    M5≤D≤M16

    130

    124

    71.2HRB

    M16<D≤M39

    146

    139

    77.9HRB

    6

    1型

    M5≤D≤M16

    150

    143

    78.7HRB

    M16<D≤M39

    170

    162

    85HRB

    8

    1型

    M5≤D≤M16 ②

    200

    190

    91.5HRB

    2型

    M5≤D≤M39 ②

      ① 布氏硬度和洛氏硬度根据ISO 18265(非合金钢和低合金钢条件)由HV值换算。

      ② 制造商可自行决定对这些螺母进行淬火和回火:在这种情况下,应适用表8。

     

    8 粗牙螺纹淬火和回火(QT)螺母的硬度

     

    性能

    等级

    型式

    螺纹

    D

    维氏硬度 HV

    换算的布氏硬度

    HB或HBW

    换算的洛氏硬度

    min

    max

    min

    max

    min

    max

    05

    0型

    M5≤D≤M39

    272

    353

    268

    349

    26.5HRC

    36.9HRC

    8

    1型

    M5≤D≤M16

    200

    334

    195 ②

    330

    92.7HRB ②

    34.8HRC

    M16<D≤M39

    233

    228

    98.9HRB

    2型

    M5≤D≤M39

    200

    195 ②

    92.7HRB ②

    10

    1型

    M5≤D≤M39

    272

    353

    268

    349

    26.5HRC

    36.9HRC

    2型

    M5≤D≤M3

    233

    228

    98.9HRB

    12

    1型

    M5≤D≤M16

    308

    368

    304

    363

    31.6HRC

    38.5HRC

    2型

    M5≤D≤M39

    272

    353

    268

    349

    26.5HRC

    36.9HRC

      ① 布氏硬度和洛氏硬度根据ISO 18265(淬火和回火条件)由HV值换算。

      ② 外推值(对于小于210HV的值,ISO 18265中没有换算)。

     

    9 细牙螺纹不淬火和回火(NQT)螺母的硬度

    性能

    等级

    型式

    螺纹

    D

    维氏硬度 HV

    换算的布氏硬度

    HB或HBW

    换算的洛氏硬度

    min

    max

    min

    max

    min

    max

    04

    0型

    M8≤D≤M39

    188

    334

    179

    318

    88.8HRB

    33.9HRC

    6

    1型

    M8≤D≤M16 ②

    200

    190

    91.5HRB

    8

    2型

    M8≤D≤M16 ②

    233

    212

    95.4HRB

      ① 布氏硬度和洛氏硬度根据ISO 18265(非合金钢和低合金钢条件)由HV值换算。

      ② 制造商可自行决定对这些螺母进行淬火和回火:在这种情况下,应适用表10。

     

    10 细牙螺纹淬火和回火(QT)螺母的硬度

    性能

    等级

    型式

    螺纹

    D

    维氏硬度 HV

    换算的布氏硬度

    HB或HBW

    换算的洛氏硬度

    min

    max

    min

    max

    min

    max

    05

    0型

    M8≤D≤M39

    272

    353

    268

    349

    26.5HRC

    36.9HRC

    6

    1型

    M8≤D≤M16

    200

    334

    195

    330

    92.7HRB

    34.8HRC

    M16<D≤M39

    233

    334

    228

    330

    98.9HRB

    34.8HRC

    8

    1型

    M8≤D≤M16

    262

    334

    258

    330

    24.9HRC

    34.8HRC

    M16<D≤M39

    295

    353

    291

    349

    29.8HRC

    36.9HRC

    2型

    M8≤D≤M16

    223

    334

    218

    330

    97.2HRB

    34.8HRC

    M16<D≤M39

    244

    334

    239

    330

    21.9HRC

    34.8HRC

    10

    1型

    M8≤D≤M16

    320

    380

    316

    375

    33.1HRC

    39.6HRC

    2型

    M8≤D≤M39

    272

    353

    268

    349

    26.5HRC

    36.9HRC

    12

    2型

    M8≤D≤M39

    308

    368

    304

    363

    31.6HRC

    38.5HRC

      ① 布氏硬度和洛氏硬度根据ISO 18265(淬火和回火条件)由HV值换算。

      ② 外推值(对于小于210HV 的值,ISO 18265中没有换算)。

     

    8.4 表面缺陷

      表面缺陷应符合ISO 6157-2的要求。

  • 保证应力 Sp


        保证应力 S P 与保证载荷值 F P 和螺栓公称应力截面积 A s 相关, 如公式所示:

        表C.1和C.2给出的保证应力仅供参考。

        表C.1和C.2的Sp值是ISO/TR 16224中提供的计算结果。这些计算分组是本标准硬度值和保证载荷值修订的基础。在本次修订中,仅当1992年和2022年的保证应力相差超过5%时,才根据重新计算的值更新ISO 898-2:1992中的保证载荷值。因此,本标准的标准保证载荷值与表C.1和C.2中给出的Sp的相应计算值之间存在不一致性。

        应满足本标准表5和表6中规定的保证载荷值。

    C.1 保证应力 Sp粗牙螺纹

    螺纹

    D

    保证应力 Sp(MPa)

    性能等级

    04

    05

    5

    6

    8

    10

    12

    匹配螺栓的公称抗拉强度

    Rm,公称ISO 898-1)

    /

    /

    500

    600

    800

    1000

    1200

    M5至M7

    380

    500

    585

    680

    860

    1040

    1150

    M8至M10

    605

    705

    885

    1180

    M12至M16

    610

    710

    895

    1050

    1195

    M18至M24

    640

    740

    965

    1070

    1205

    M27至M39

    660

    760

    985

    1095

    1220

     

    C.2 保证应力Sp细牙螺纹

    螺纹

    D

    保证应力 Sp(MPa)

    性能等级

    04

    05

    6

    8

    10

    12

    匹配螺栓的公称抗拉强度

    Rm,公称ISO 898-1)

    /

    /

    600

    800

    1000

    1200

    M8至M10

    380

    500

    795

    970

    1100

    1200

    M12至M16

    790

    1110

    1210

    M18至M24

    870

    1030

    1080

    1215

    M27至M33

    1045

    1230

    M36至M39

    930

    1090

     

        表5或表6中未规定的保证载荷值应使用As的精确数据(见下文)进行计算,并应仅在最后修约计算值,不大于100000 N,修约至靠上的10N,大于100000N,修约至靠上的100N。

        根据ISO 898-1,公称应力截面积As下列公式计算:

        其中:d2为符合ISO 724的外螺纹基本中径

            d3为外螺纹小直径

        其中:d1为符合ISO 724的外螺纹基本小径

           H 为符合ISO 68-1的螺纹基本三角形的高度

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