螺纹紧固件的材料与力学性能等级

螺纹紧固件的常用材料一般可采用低碳钢或中碳钢，如Q235、Q215和45、35、15、10钢等。在承受冲击、振动和变载荷的情况下，可用合金钢，如40Cr、15MnVB、30CrMnSi等。目前，高强度螺栓的应用越来越广泛，它是继铆接、焊接之后应用的一种新型钢结构连接形式，具有施工安装迅速、连接安全可靠等优点，特别适用于承受动力载荷的重型结构的机械上。目前国外已广泛用于桥梁、起重机、飞机等的主要受力构件的连接。当有防腐蚀或导电等要求时，可采用铜或其他非铁金属作螺纹紧固件，近年来还发展了高强度塑料螺栓和螺母。选用时应注意：螺母材料一般比相配的螺栓材料的硬度低20～40HBW，目的是减少螺栓的磨损。

国家标准规定螺纹紧固件按材料的力学性能分出等级，详见表1-2的螺栓、螺柱、螺钉的力学性能等级（摘自GB/T 3098.1—2000）和表1-4相配螺母的力学性能等级（摘自GB/T 3098.2—2000）。螺栓、螺柱、螺钉的力学性能等级分为十级，自3.6～12.9（见表1-2）。近似计算为：小数点前的数字代表材料抗拉强度的1/100（即为σ_bmin/100），小数点后的数字代表材料的屈服强度与抗拉强度之比值（屈强比）的10倍（即为10σ_smin/σ_bmin）。此处σ_b为材料的抗拉强度，σ_s为屈服强度，单位均为MPa。例如：某螺纹紧固件的力学性能等级为4.8：其中的4=σ_b/100，所以材料的抗拉强度为：σ_b=4×100MPa=400MPa；8代表材料的屈服强度与抗拉强度之比的10倍，即：8=10（σ_smin/σ_bmin），所以σ_s=（8÷10）×σ_b=0.8×400MPa=320MPa。

相配螺母的力学性能等级见表1-4。常用紧固件的每个品种都规定了具体力学性能等级，设计时，可先选好材料的力学性能等级，再计算或由表1-2查出材料的σ_b及σ_s值。规定力学性能等级的螺栓、螺母等在图样上只标注力学性能等级，不标出材料牌号，因为同一材料经过不同的热处理后会得到不同的强度。表1-3为适合各种力学性能等级的材料及热处理。

国家标准还将螺纹紧固件产品按公差等级分成A、B、C三级，A级的公差等级最高，用于要求配合精确等重要场合，C级公差等级较低，多用于一般螺栓连接。

表1-2 螺栓、螺柱、螺钉的力学性能等级

注：推荐材料：3.6级—低碳钢；4.6～6.8级—低碳钢或中碳钢；8.8、9.8级—低碳合金钢、中碳钢、淬火并回火；10.9级—中碳钢，低、中碳合金钢，合金钢，淬火并回火；12.9级—合金钢淬火并回火。

① 力学性能等级小数点前的数字代表材料公称抗拉强度σ_b的1/100，小数点后的数字代表材料的屈服强度（σ_s）或条件屈服强度（σ_0.2）与公称抗拉强度（σ_b）之比的10倍[10（σ_s/σ_b）]

② 3.6～6.8级为σ_s，8.8～12.9级为σ_0.2。

表1-3 适合各种力学性能等级的材料及热处理（摘自GB/T 3098.1—2000）

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① 硼的质量分数可达0.005%，其非有效硼可由添加钛和（或）铝控制。

② 这些性能等级允许采用易切削钢制造，其硫、磷及铅的最大质量分数为：硫0.34%，磷0.11%，铅0.35%。(www.xing528.com)

③ 为保证良好的淬透性，螺纹直径超过20mm的紧固件，需采用10.9级规定的钢。

④ 碳质量分数低于0.25%（桶样分析）的低碳硼合金钢的锰最低碳质量分数为：8.8级：0.6%；9.8级、10.9级和10.9级：0.7%。

⑤ 该产品应在性能等级代号下增加一横线标志。10.9级应符合表1-3对10.9级规定的所有性能，而较低的回火温度对其在提高温度的条件下，将造成不同程度的应力削弱。

⑥ 用于该性能等级的材料应具有良好的淬透性，以保证紧固件螺纹截面的心部在淬火后、回火前获得约90%的马氏体组织。

⑦ 合金钢至少应含有以下元素中的一种元素，其最小质量分数为：铬0.30%，镍0.30%，钼0.20%，钒0.10%。

⑧ 考虑承受抗拉应力，12.9级的表面不允许有金相能测出的白色磷聚集层。

⑨ 该化学成分和回火温度尚在调查研究中。

表1-4 相配螺母的力学性能等级

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注：1.一般来说，力学性能等级较高的螺母，可以替换力学性能等级较低的螺母。螺栓-螺母组合件的应力高于螺栓的屈服强度或保证应力。

2.螺母的标记代号表示：标记的数等于与螺母相配的螺栓或螺钉的最小抗拉强度（N/mm²）的1/100。该螺栓或螺钉与螺母相配时，承受的载荷能达到最小屈服应力。例如：8.8级螺栓或螺钉与8级螺母相配，其承载能力可达到螺栓或螺钉的最小屈服应力。