美制外螺纹紧固件机械性能-珠海佳力五金制品有限公司

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美制外螺纹紧固件机械性能

一、强度等级与材料

美制紧固件的强度等级通常通过性能等级标记或材料牌号区分，常见标准包括：

1. ASTM A307（碳钢及合金钢螺栓）

适用范围：一般用途的低强度紧固件（如建筑、非关键机械连接）。
性能等级：
- Grade A：抗拉强度≥60 ksi（约 414 MPa），屈服强度未明确规定，适用于普通碳钢。
- Grade B：抗拉强度≥105 ksi（约 724 MPa），适用于合金钢（如经热处理的 40XX 系列钢）。
典型材料：AISI 1018、1045 碳钢（Grade A）；4130、4140 合金钢（Grade B）。

2. SAE J429（螺栓、螺钉和螺柱的机械性能）

性能等级标记：通过头部标记符号区分强度，常见等级如下：

等级标记	抗拉强度（min）	屈服强度（min）	材料与处理
2	60 ksi（414 MPa）	36 ksi（248 MPa）	低碳钢，未热处理
5	120 ksi（827 MPa）	92 ksi（634 MPa）	中碳钢，淬火 + 回火处理
8	150 ksi（1034 MPa）	120 ksi（827 MPa）	合金钢，淬火 + 回火处理

标记示例：等级 5 的螺栓头部通常有 3 条径向凸线，等级 8 有 6 条凸线。

3. ASTM A490（高强度螺栓，适用于结构连接）

性能等级：抗拉强度≥150 ksi（1034 MPa），屈服强度≥130 ksi（896 MPa），材料为合金钢（如 4340 钢），需经热处理。
应用场景：桥梁、建筑钢结构等需要高强度连接的场景。

二、硬度要求

硬度是衡量紧固件抗变形和耐磨性能的关键指标，常用测试方法包括：

洛氏硬度（Rockwell Hardness）：适用于淬火钢等较硬材料，常用标尺为 HRC（C 标尺）。
布氏硬度（Brinell Hardness）：适用于退火或正火状态的钢材，标尺为 HB。

典型硬度要求：

SAE 等级 5：HRC 22-34（中碳钢淬火 + 回火）。
SAE 等级 8：HRC 33-45（合金钢淬火 + 回火）。
ASTM A307 Grade B：HRC ≥26（需热处理）。

三、表面处理与耐腐蚀性能

美制紧固件常通过表面处理提升防腐能力，常见工艺包括：

镀锌（Zinc Plating）：
- 类型：电镀锌（Zn）、热浸镀锌（HDG）。
- 镀层厚度：电镀锌通常为 0.5-1.5 mil（12.7-38 μm），热浸镀锌可达 3-5 mil（76-127 μm）。
- 耐腐蚀等级：根据 ASTM B117 盐雾测试，电镀锌可提供 50-100 小时无白锈，热浸镀锌可达 1000 小时以上。
镀镉（Cadmium Plating，ASTM B633）：
- 耐腐蚀性优于镀锌，但因环保限制使用逐渐减少，常见于航空航天领域。
达克罗（Dacromet）或无铬涂层：
- 无铬环保工艺，耐腐蚀性能优异（盐雾测试≥500 小时），适用于高湿度或盐雾环境。
发黑（Black Oxide，ASTM D1711）：
- 成本低，但防腐能力较弱，通常需配合防锈油使用。

四、其他机械性能

保证载荷（Proof Load）：
- 紧固件在不产生永久变形的情况下能承受的最大轴向载荷，测试依据 ASTM F606。
- 例如，SAE 等级 5 螺栓的保证载荷为螺纹应力截面积 ×92 ksi（634 MPa）。
应力截面积（Stress Area）：
- 用于计算拉伸载荷，公式为： $A_{s} = \frac{π}{4} (\frac{d _{2} + d _{3}}{2})^{2}$
  其中 $d_{2}$ 为中径， $d_{3} = d_{1} - H /6$ （ $d_{1}$ 为小径， $H$ 为原始三角形高度）。
扭矩 - 预紧力关系：
- 安装时需通过扭矩控制预紧力，参考 ASTM F136、F959 等标准，涉及螺纹摩擦系数、润滑条件等参数。

五、标准与认证

美制紧固件需符合以下主流标准：

ASTM：材料与性能的基础标准（如 A307、A490）。
SAE：汽车及机械用紧固件标准（如 J429、J345）。
ASME/ANSI：螺纹尺寸标准（如 B1.1 美制统一螺纹）。
ISO 898-1：部分性能要求与国际标准接轨（如强度等级标记方法）。

认证要求：

航空航天领域需符合 AMS（航空材料规范），如 AMS 2404（镀层）、AMS 6414（螺栓材料）。
汽车行业需通过 IATF 16949 认证，确保生产过程的一致性。

六、应用场景与选型建议

低强度场景（如家具、非承重结构）：选择 SAE 等级 2 或 ASTM A307 Grade A，成本低且易加工。
中等强度场景（如汽车底盘、通用机械）：SAE 等级 5（中碳钢）或镀锌处理的 Grade 5 螺栓，兼顾强度与防腐。
高强度场景（如桥梁、压力容器）：SAE 等级 8 或 ASTM A490，需确认热处理状态和表面处理（如热浸镀锌）。
耐腐蚀场景（海洋、化工环境）：选用不锈钢紧固件（如 ASTM A193 Grade B8）或达克罗涂层碳钢。