公英制螺纹简介及对照

公制、英制和美制螺纹的简介及对照

目录

一、螺纹的一般知识 (2)

1、普通螺纹 (2)

2、传动螺纹 (2)

3、密封螺纹 (2)

二、常见螺纹标准的简介 (3)

三、公制与美制螺纹的性能等级对照 (6)

1、米制螺纹的机械性能 (6)

2、英美紧固件机械性能 (11)

四、米制普通螺纹与统一螺纹（美制）和惠氏螺纹（英制）的尺寸对照 (16)

五、密封螺纹 (18)

六、螺纹旋合长度以及螺纹底孔深度的确定 (23)

七、常用螺纹标准 (25)

一、 螺纹的一般知识

螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。根据其结构特点和用途可分为三大类：

1、普通螺纹：牙形为三角形，用于连接或紧固零件。普通螺纹按螺距分为粗牙和细牙螺纹两种，细牙螺纹的连接强度较高。

2、传动螺纹：牙形有梯形、矩形、锯形及三角形等。

3、密封螺纹：用于密封连接，主要是管用螺纹、锥螺纹与锥管螺纹。 螺纹的主要几何参数： d ——螺纹大径 d1——螺纹小径 d2——螺纹中径 p ——螺距 n ——线数 S ——导程 λ——螺纹升角 α——牙型角 β——牙型斜角旋向 见图 1和图 2

图 2

图 1

二、常见螺纹标准的简介

目前常见的螺纹标准有以下：

ISO—国际标准

GB—中国国家标准（国标）

ANSI—美国国家标准（美标）

ASME—美国机械工程师协会标准

DIN—德国国家标准（德标）

JIS—日本国家标准（日标）

BSW—英国国家标准

GB—国家标准是我国众多标准中的一种，另外还有行业标准，专业标准和部门标准等。国家标准又分：GB（强制性标准）和GB/T（推荐性标准）以及GBn（国家内部标准）等。我们平常看到的像GB30，GB5783等等都是强制性的标准。

就分类特点而言，中国、欧盟、法国、德国和俄罗斯标准体系分类较细,同一类型的

紧固件会一般按全螺纹和半螺纹，粗牙和细牙等分属不同标准，如ISO中六角头螺栓就分ISO4014，ISO4017，ISO4015，ISOSO8765等六个标准。美国和日本分类较粗，如

ANSI/ASMEB 18.2.1“方头和六角头螺母和螺钉”就包括了方头和六角头的各种螺丝，相

当于ISO的8个标准或品种。英国和澳大利亚产品标准体系分三类，第一类采用英国标准体系，第二类采用美制标准，第三类等同采用ISO标准。

国际、欧盟、德国、中国、俄罗斯及美国紧固件标准是将紧固件通用技术要求，如机械性能、尺寸公差、表面缺陷等制定为独立的基础标准，如ISO 898-1、ISO 4042等；英国、澳大利亚及日本是将紧固件产品的型式尺寸与技术要求，在同一产品标准中规定，而没有（或很少有）独立的基础标准。

很多国家会将别国（组织）的标准等同采用为自己的国家标准，其中ISO标准近年来普遍被各国所采用，例如：德国广泛采用ISO 和EN标准，其紧固件有四种“标准编号”

形式：DIN、DIN ISO、DIN EN、DIN EN ISO，根据DIN EN ISO 4042-2001这个标准所陈

述的电镀规范生产的紧固件就是同时符合ISO、DIN和EN要求的。

以上几种标准除了一些基本尺寸如头部对边、头部厚度等的不同以外，最主要的是螺纹部分的不同。GB、DIN、JIS等的螺纹都有是以MM（毫米）为单位，统称为公制螺纹。

另像ANSI、ASME等的螺纹是以英寸为单位的称为美标螺纹。除了公制螺纹和美制螺纹外还有一种BSW—英制标准,其螺纹也是以英寸为单位，俗称惠氏螺纹。

公制螺纹是以MM（毫米）为单位，它的牙尖角为60度。美制螺纹和英制螺纹都是以英寸为单位的。美制螺纹的牙尖角也是60度，而英制螺纹的牙尖角为55度。由于计量单位的不同，导致了各种螺纹的表示方法也不尽相同。

公制螺纹的标记如图 3所示：

图 3

美制统一（UN）螺纹的标记如图 4所示：

图 4

英制螺纹的标记如图 5所示：

图 5

最早的米制普通螺纹标准来源于美国国家螺纹（N）的米制化。米制普通螺纹一直与

美制螺纹（过去的N螺纹，现在的UN统一螺纹）在螺纹牙型方面保持一致。20世纪80

年代初，ISO提出的米制普通螺纹公差值来源于德国和俄罗斯米制普通螺纹与美制统一螺

纹三者公差的平均值，并且按基本偏差和公差等级形式规定了新的米制普通螺纹公差体系。从而使ISO米制普通螺纹的公差带种类远远对于美制统一螺纹的公差带种类。

德国和法国等欧洲国家（不含英国）是米制普通螺纹的积极倡导者。它们借助公制单位被确定为世界法定计量单位及掌握ISO标准化技术委员会秘书处的有利时机，奠定了米制普通螺纹在国际市场的主导地位。

我国采用俄罗斯标准于1956年首次颁布米制普通螺纹标准；1963年采用ISO米制普

通螺纹新牙型，第一次修订了米制普通螺纹标准；2003年第三次修订的米制普通螺纹标

准较1981年版标准没有发生本质性的技术改变，新标准是对前一版本在技术内容方面的

进一步完善和调整，是向ISO标准的进一步靠拢。

三、公制与美制螺纹的性能等级对照

机械性能涵盖了抗压、抗拉强度，抗扭矩性能，表面硬度，芯部硬度等指标，由于紧固件种类繁多，所以因使用目的而各有侧重。

1、米制螺纹的机械性能

现行标准有：ISO 898系列（碳钢和合金钢制造的螺栓、螺钉、螺柱、螺母和紧定螺

钉机械性能），ISO 3506系列（不锈钢制造的螺栓、螺钉、螺柱、螺母、紧定螺钉和自

攻螺钉机械性能），ISO 8839（有色金属制造的螺栓、螺钉、螺柱和螺母）。

米制机械性能等级的标记制度：ISO 898-1对螺栓、螺钉和螺柱的机械性能分为10

个等级，并分别标记为3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9 和12.9。其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度

螺栓，其余通称为普通螺栓。材质，从一般的低碳钢、中碳钢再到合金钢，可以根据不同性能等级要求，选择适合的钢材，常用的4.8-6.8 可以用35#、45#、1045、10B21、1035、S45C、30Cr、40Cr等；8.8级及以上等级可用45#、40Cr、35CrMo、42CrMo、SCM440、SCM435、10B45、10B38等钢材，见图 6。

图 6

1.硼的含量可达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钢制造，其硫、磷、铅的最大含量为：硫0.34%；磷

0.11%；铅0.35%。

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

4.含碳量低于0.25%（桶样分析）的低碳硼合金钢的锰最低含量为：8.8级0.6%；

9.8、10.9、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，其应符合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，以保征紧固件螺纹截面的芯部在淬

火后，回火前获得约90%的马氏体组织。

螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是：

（1）螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；

（2）螺栓材质的屈强比值为0.6；

（3）螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能等级10.9级高强度螺栓。其材料经过热处理后，能达到：

（1）螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；

（2）螺栓材质的屈强比值为0.9；

（3）螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级。

螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。

ISO 898-1规定了螺栓、螺钉和螺柱各性能等级的钢种和最低回火温度，对螺栓、螺钉和螺柱机械和物理性能做了详细规定和说明，见表 1。

表 1

由于不锈钢机械性能与碳钢不同，特别是大多数不、锈钢都不能进行淬火回火，因此不锈钢外螺纹紧固件机械性能标记制度、性能指标与碳钢有很大差异，所以引入了材料组别的概念。不锈钢螺栓、螺钉和螺柱机械性能等级的标记由“-”短划隔开的两部分组成。第一部分标记钢的组别，第二部分标记性能等级。钢的组别（第一部分）的标记由字母和一个数字组成。字母表示钢的类别，数字表示该类钢的化学成分范围（见图 7）。其中：A——奥氏体钢；C——马氏体钢；F——铁素体钢。性能等级（第二部分）标记由两个数

字组成，并表示紧固件抗拉强度的1/10。如常见的A2-70表示奥氏体A2组不锈钢，最小

抗拉强度为700MPa。

图 7

ISO 8839规定的有色金属制造的螺栓、螺钉、螺柱和螺母性能等级的标记代号包括

CU1、CU2、CU3、CU4、CU5、CU6、CU7、AL1、AL2、AL3、AL4、AL5、AL6。有色金属制造

的螺栓、螺钉、螺柱和螺母性能等级的标记代号由字母及数字两部分组成，字母与有色金属材料化学元素符号的字母相同；数字表示性能等级序号。以上几类之外其他紧固件的性能标准ISO 2320：1997“有效力矩型钢六角锁紧螺母机械和工作性能”（GB/T 3098.9-2002等同采用），ISO 2702：1992“热处理钢自攻螺钉机械性能”（GB/T 3098.5-2000

等同采用），ISO 7085：1999“表面淬硬并回火的米制自挤螺钉机械和工作性能要求”（GB/T 3098.7-2000等同采用），ISO 14589：2000“盲铆钉－机械试验”（GB/T

3098.18－2000 等同采用）。

2、英美紧固件机械性能

美国和英国标准自成体系，机械性能与ISO、EN 等标准完全不同。美国紧固件机械

性能标准分别以ASTM美国材料试验协会、ASME美国工程师协会、SAE汽车工程师协会和

IFI工业紧固件协会的标准颁布；英国紧固件机械性能又分为三种情况：英国的美制性能

标准、英国的米制性能标准、英国的本土性能标准。要特别注意区分英国标准中三种的不同内容与要求。

美国紧固件标准与ISO、DIN、GB/T不同，看似没有规律、无章可循，实际上体系完整、分工有序；看似很自由随意，实际上很细密严谨。ISO紧固件性能标准大多集中在ISO 898，DIN紧固件性能标准大多集中在DIN 267，GB/T紧固件性能标准大多集中在GB/T 3098。而美国紧固件标准不是这样，它有自己的体系。美国标准的体系是以行业协（学）会标准为基础，例如美国机械工程师协会（ASME），分管的是产品的型式、尺寸、螺纹等方面的标准。当ASME标准升格为美国国家标准时，标准代号则冠以ASME/ANSI。在紧固

件产品中，螺栓、螺母、螺钉、垫圈等的型式、尺寸标准及螺纹标准有ASME/ANSI

B18.2.1、ASME/ANSI B18.2.2、ASME/ANSI B18.6.3、ASME/ANSI B1.1，就是由美国机械

工程师协会制定的美国国家标准。而紧固件产品的材料、机械性能及其它一些技术条件，如：表面缺陷、表面处理、检测方法等，则由美国材料与试验协会（ASTM）分管负责制定标准工作。所以，这些标准的标准代号为：ASTM，如：ASTM A307、ASTM A193、ASTM

F606等。由于汽车行业是紧固件的主要用户，因此美国汽车工程师学会（SAE）对紧固件

标准情有独钟。也制定並发布了一些关于紧固件方面的标准，如：SAE J121、SAE J429、SAE J995、SAE J933等。另外，美国紧固件协会（IFI），由于是主管的行业协会，当然

也要制定、发布一些相关标准。综上所述，美国与紧固件有关的一些行业协会及其标准代号，可以归纳如下：ASME：负责螺纹和产品的型式尺寸等；ASTM：负责材料、机械性能、技术条件、检验方法等；SAE：主要涉及与汽车相关的紧固件产品的尺寸、性能、技术条

件等；IFI：涉及所有紧固件的方方面面。

当然，分工不是绝对的，在ASME标准中，也有一些涉及到产品性能和技术条件的内容，而在ASTM中也包含有产品尺寸方面的内容。

美制紧固件产品性能标志，美国SAE J429《外螺纹紧固件机械性能和材料要求》标

准中，性能等级用从1～8.2的数字表示。这些数字与强度性能没有数量上对应的关系，

但数字越大表示性能等级越高，整数后面的小数表示在强度性能相同的情况下，仅材料或热处理方法有所区别。头部的标志方式在SAE标准中用符号表示。

美制（SAE J429）螺栓所用材料如图 8所示：

图 8

美制（SAE J429）螺栓的机械性质如图 9所示：

图 9

美国ASTM标准中的性能等级标志用数字和字母来标记，有的ASTM 标准叙述了两种或两种以上的类型和等级，有的仅是材料上的差异，如ASTM A325中有1型、（2型已取消）、3型；有的则是同样材料但要求的性能不一样，如ASTM A307中的A级、B级和C 级。也有的用数字、字母和符号同时标注，ASTM A490用数字和符号同时标记。

美制螺栓（ASTM A449）的化学成份和机械性质如图 10所示：

图 10

配合的螺帽为ASTM A563中的产品：1/4至1-1/2英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的B普通螺帽（hex）；1-1/2至3英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的A重型螺帽（heavy hex）；1/4至3英寸镀锌产品配合的螺帽为ASTM A563的DH重型螺帽（heavy hex）。

美制螺栓（ASTM A307）的化学成份和机械性质如图 11所示：

图 11

配合的螺帽为 ASTM A563中的产品：1/4至1-1/2英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的A 普通螺帽（hex）；1-1/2至4英寸普通产品配合的螺帽为ASTM A563的A重型螺帽（heavy hex）；1/4至4英寸镀锌产品配合的螺帽为ASTM A563的A重型螺帽（heavy hex）。

美制螺栓（ASTM A354）的化学成份和机械性质如图 12所示：

图 12

这些值为镀锌产品的要求，在ASTM A563中对螺帽有具体要求。

美制螺栓（ASTM A193）的机械性质如图13所示：

图 13

等级为B5、B6X和B7的最小回火温度为1100°F，而等级为B16的最小回火温度为1200°F，硬度一定要在201布氏（94HRB）硬度以上，抗拉强度一定能达到。Class 1将其视为1级对待，Class 1A的材料应进行表面处理，具有防腐蚀性能，Class 2类的各等级的材料应接受碳化物固溶处理后应变硬化奥氏体钢，尤为3/4以上的螺栓，经硬化后可

能出现整个面上各部分性能不均匀现象。直径为3/4或更小的产品，硬度要求为最大241布氏（100HRB）硬度。直径为1-1/2或更大产品，芯部性能低于试验报告所点明的性能，因为试验报告依据的数值是在半径中点处测定的。

以上介绍了公制和美制螺纹的性能等级的相关知识，并列举了一些相应的标准。在实际对照时我们应主要参照螺栓的抗拉强度来选择相对应的性能等级，常用的螺纹性能等级中美制的2 、5、 8级分别对应公制的4.8、8.8、10.9级。公制10.9级以上则对应美制ASTM A574中的合金钢螺栓。

四、米制普通螺纹与统一螺纹（美制）和惠氏螺纹（英制）的尺寸对照

常用的螺纹直径系列的对照见表 2，一般的对照方法是查出美制（或英制）螺纹大径对应的公制数值，再到左边的米制螺纹的那一列中找到与之接近的公制螺纹大径。例如，找出可替换美制1/2-UNC-2B螺纹的公制螺纹，在下表UNC一列中可查出1/2inch对应公制12.7mm，保守起见我们应该选择M14粗牙螺纹，但M14并非推荐优选系列，所以应选择M12×1.75的公制螺纹与之对应（此处我们只对照螺纹的尺寸而不考虑性能等级的对照）。另有一点值得注意的是，在对成品上的螺纹进行替换时，要慎选大径大于原尺寸的螺纹，以保证足够的安装空间及减小底孔增大对连接部位强度的影响。

对于超出下表的直径系列可用同样的方法，将螺纹大径由英制转换成公制尺寸，再到《公制螺纹标准手册》中查找想对应的公制螺纹。

部分米制普通螺纹、统一螺纹（美制）、惠氏螺纹（英制）对照表

标记示例：

表 2

五、密封螺纹

螺纹的用途除紧固连接、传动连接以外，还有密封连接。用于密封连接的螺纹可统称为密封螺纹，它们都是一条螺旋线，螺纹牙型均为三角形，牙型角分为55°和60°两种。密封螺纹一般用于管子、阀门、管接头、旋塞及其管路附件的密封螺纹连接。日常工作中我们接触的密封螺纹主要是管螺纹。管螺纹主要用来进行管道的连接，使其内外螺纹的配合紧密，有直管和锥管两种。

常见的管螺纹主要包括以下几种：

1、美制管螺纹（布氏螺纹）。牙型角60°，单位为英寸。NPT是National （American） Pipe Thread的缩写，圆锥管螺纹（内或外），锥度1:16；NPSC是圆柱内螺纹。用于北美地区，国标查阅 GB/T12716-2002。

2、英制管螺纹（源于英国惠氏螺纹）。BSP为英制管螺纹总体代号，但是分为三种：BSPP、BSPT和BSPF。BSPP是British Standard Pipe Parallel（Thread）的缩写，为英制圆柱管螺纹代号，只有内螺纹，相当于国内55°圆柱（平行）管螺纹，即Rp（老代号G）；BSPT是British Standard Taper Pipe Thread的缩写，为英制圆锥管螺纹代号，

螺纹具有1:16的锥度，相当于国内55°圆锥管螺纹，即Rc（老代号ZG）；BSPF是

British Standard Pipe Fine Hand Taps的缩写，为英制细牙管螺纹。前面两者用于密

封接合，后者用于一般的接合。英制管螺纹多用于欧洲及英联邦国家（欧洲国家多用柱/

锥管螺纹副），常用于水及煤气管行业，国标查阅GB/T7306-2000。

3、 G是55°非螺纹密封管螺纹，属惠氏螺纹家族。标记为G代表圆柱螺纹。国标查阅GB/T7307-2001。

公制、美制及英制管螺纹的区别：公制螺纹用螺距来表示，美英制螺纹用每英寸内的螺纹牙数来表示；公制螺纹是60°等边牙型，英制螺纹是等腰55°牙型，美制螺纹为等腰60°牙型；公制螺纹用公制单位（如mm），美英制螺纹用英制单位（如inch）。

下面将主要介绍NPT标准的螺纹。NPT螺纹分：一般密封圆柱管螺纹和一般密封圆锥管螺纹。

基准平面的位置：美制一般密封螺纹圆锥外螺纹的基准平面的理论位置位于垂直于螺纹轴线,与小端（参考平面）相距一个基准距离的平面内，见图 14；美制一般密封圆柱和圆锥内螺纹的基准平面的理论位置位于垂直于螺纹轴线的断面（参考平面）内，见图 15。

当内螺纹大端面倒角的大径大于内螺纹在此端面内的大径时，内螺纹基准平面的理论位置位于内螺纹大径圆柱或大径圆锥与倒角圆锥相交轴向位置、垂直于螺纹轴线的平面内，见图 16。

图 14

图 15

图 16

基本尺寸：美制一般密封管螺纹的

基本尺寸见图 17，外螺纹上的轴向尺寸分布位置见L1——基准距离；L2——有效螺纹；

L3——装配余量；L5——完整螺纹；

L6——不完整螺纹；L7——旋紧余量；

V——螺尾

图 18。其中：螺纹中径尺寸D2=d2=D-0.8*P，螺纹小径尺寸D1=d1=D-1.6*P。