ISO898.1-2009中文

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ISO 898-1:2009

(ISO第四次修订)

二〇〇九年四月一日

Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel—Part 1: Bolts, screws and studs with specified- property classes Coarse thread and fine pitch thread

碳钢和合金钢紧固件机械性能

第一部份

螺栓、螺钉和螺柱粗牙和细牙系列

(译文)

目录

前言…………………………………………………………………………………………

1 范围………………………………………………………………………………………….

2 引用标准…………………………………………………………………………………….

3 术语和定义………………………………………………………………………………….

4 代号和单位………………………………………………………………………………….

5 性能等级的标记制度………………………………………………………………………..

6 材料…………………………………………………………………………………………..

7 机械性能和物理性能………………………………………………………………………..

8 试验方法的适用性………………………………………………………………………….

8.1 总则………………………………………………………………………………………..

8.2 紧固件的承载能力………………………………………………………………………..

8.3 制造者的控制……………………………………………………………………………….. 8.4 供应方的控制………………………………………………………………………………. 8.5 需求方的控制………………………………………………………………………………..

8.6 实物紧固件和机加工试样可实施的相应试验系列………………………………………..

9 试验方法………………………………………………………………………………………..

9.1 螺栓和螺钉(不含螺柱)实物的楔负载试验………………………………………………

9.2 螺栓、螺钉和螺柱的抗拉强度测定,R m……………………………………………………

9.3 螺栓、螺钉和螺柱实物拉伸实验时测定断后伸长,A f和0.0048d非比例伸长应力,R pf……

9.4 因头部强度弱,而不断在未旋合螺纹长度内的螺钉拉力试验………………………………

9.5 腰状杆紧固件的拉力试验……………………………………………………………………

9.6 螺栓、螺钉和螺柱的保证载荷试验…………………………………………………………

9.7 机械加工试样的拉力试验……………………………………………………………………

9.8 头部坚固性试验………………………………………………………………………………

9.9 硬度试验………………………………………………………………………………………..

9.10 脱碳试验……………………………………………………………………………………9.11 渗碳试验……………………………………………………………………………………9.12 再回火试验…………………………………………………………………………………9.13 扭矩试验…………………………………………………………………………………….

9.14 机加工试样的冲击试验……………………………………………………………………..

9.15 表面缺陷检查……………………………………………………………………………….

10 标记……………………………………………………………………………………………

10.1 总则…………………………………………………………………………………………10.2 制造者的识别标志……………………………………………………………………….. 10.3 紧固件承载能力的名称和标记…………………………………………………………. 10.4 因几何形状而降低了承载能力的紧固件的名称和标记………………………………. 10.5 包装标识……………………………………………………………………………………

附录A抗拉强度和断后伸长率的关系………………………………………………………..

附录B 高温对紧固件力学性能的影响…………………………………………………………. 附录C 全尺寸紧固件的断后伸长率,A f……………………………………………………….. 引用文献

1 范围

本ISO898标准规定由碳钢和合金钢制造的,在环境温度为10℃~35℃条件下进行试验的螺栓、螺钉和螺栓的机械和物理性能。符合ISO898本部分标准要求在常温范围内试验的螺栓、螺钉和螺柱统称为紧固件。本标准不指定在高温和/或低温条件下的机械和物理性能(见附录B)。

注1 本部分ISO898标准规定的紧固件使用的工作范围是-50℃~+150℃,如果用户选用的紧固件的工作温度超出-50℃~+150℃这个范围,并且最高的工作温度到达了300℃时,建议请教有经验的紧固件专家。

注 2 在低温或者高温下的钢材的应用信息在EN 10269、ASTM F2281、ASTM A320/A320M等标准中有描述。

某些紧固件由于头部的几何的形状的原因其头部剪切面积相对于螺纹应力面积要小,所以不能承受本标准规定的拉伸或扭矩要求。这些紧固件包括。。。。。。。。。。。。

本标准适用的螺栓、螺钉和螺柱:

a)碳钢和合金钢制造的;

b)符合ISO 68-1的米制螺纹;

c)符合粗牙螺纹M1.6~M39;细牙螺纹M8×1~M39×3;

d)符合ISO 261和ISO 262规定的直径和螺距组合;

e)符合ISO 965-1、ISO 965-2和ISO 965-4的螺纹公差与配合;

本标准不适用于紧定螺钉和类似的不受拉力的螺纹紧固件(见ISO 898-5)。本标准不适用于以下性能要求:

——可焊接性

——耐腐蚀性

——耐剪切应力

——扭拉性能

——耐疲劳性

2 引用标准

下列标准所包含的条文,通过本标准的引用而构成本标准的条文。对于标注版本年代的标准,只有引用的版本适用。对于没有标注年代的标准,最新版本标准适用(包括任何的修订)。ISO 68-1

ISO 148-1

ISO 225

ISO 261

ISO 262

ISO 273

ISO 724

ISO 898-2

ISO 898-5

ISO 898-7

ISO 965-1

ISO 965-2

ISO 965-4

ISO 4042

ISO 4885:1996

ISO 6157-1

ISO 6157-3

ISO 6506-1

ISO 6507-1

ISO 6508-1

ISO 6892-1

ISO 7500-1

ISO 10683

ISO 10684:2004

ISO 16426

3 术语和定义

下列术语和定义对于本标准适用。

3.1 成品紧固件

完成了全部的制造步骤,还没有被机加工成试验件的,无论有或者没有表面处理是否是承受全载荷的或者是减少载荷的紧固件。

3.2 机加工试样

将紧固件加工成试样来检测材料的性能。

3.3 全尺寸紧固件

杆部直径d s>d或者d s>d的成品紧固件,或者螺纹到头下支撑面的成品紧固件,或者全螺纹螺柱。

3.4 细腰杆紧固件

杆部直径ds

3.5 基体金属硬度

在渗碳和脱碳发生前的紧靠表面处的(通过杆部外径处)硬度。

3.6 脱碳

铁基金属产品表面碳含量的损耗。

3.7 部分脱碳

金相检查中由于碳含量的部分损耗已使回火马氏体轻度变色,且硬度明显地比相邻基体硬度低的脱碳。

3.8 全脱碳

由于碳的全部损耗,金相检查中只能看到铁素体组织的脱碳。

3.9 渗碳

增加表面碳含量使表面的碳含量高过金属基体的结果。

4 代号和单位

ISO 225、ISO 965-1和下列给出的符号和单位对本标准适用。

A机械加工试件的断后伸长率,%

A f紧固件实物的断后伸长

A s,no m螺纹应力截面积,mm2

A ds杆部横截面积,mm2

b 螺纹长度,mm

b m螺柱金属端螺纹长度,mm

d 公称螺纹直径,mm

d0机加工试样直径,mm

d1螺纹基本小径,mm

d2 螺纹基本中径,mm

d3螺纹的小径,mm

d a过度圆直径(支承面的内径),mm

d n楔垫或垫片的孔径,mm

d s无螺纹杆径,mm

E 螺纹未脱碳层的高度,mm

F m极限拉力载荷,N

F mf经固件实物的极限拉力载荷,N

F m min最小拉力载荷,N

F p保证载荷,N

F pf经固件实物的0.0048d规定非比例伸长载荷,N

G 螺纹全脱碳层的深度,mm

H 螺纹原始三角形高度,mm

H1最大实体条件下螺纹的牙型高度,mm

K 螺纹高度,mm

K v冲击强度,J

l 公称长度,mm

l0经固件加载前长度,mm

l1经固件第一次加载后长度,mm

l2经固件第二次加载后长度,mm

l s无螺纹杆部长度,mm

l t螺柱的总长度,mm

l th在试验夹具中经固件的自由螺纹长度,mm

L c机加工试样直线部分长度,mm

L0机加工试样加载前长度,mm

L t机加工试样总长度,mm

L u最终测量长度,mm

L p塑性伸长量,mm

M B破坏扭矩,N·m

P 螺距,mm

R 配合圆弧,mm

R eL机加工试件的下屈服强度,N/mm2

R m抗拉强度,N/mm2

R p0.2机械加工试件的规定非比例伸长0.2%的应力,N/mm2 R pf经固件实物的规定非比例伸长0.0048d的应力,N/mm2 S 对边宽度,mm

S0机加工试样拉力试验前截面积,mm2

S u机加工试样拉力试验后断裂截面积,mm2

S p保证应力,N/mm2

Z 机械加工试件楔垫角度的断面收缩率,mm2

α楔负载楔垫角度,°

β 经固试验模块角度,° nom 下标添加该符号表示公称值 max 下标添加该符号表示最大值 min 下标添加该符号表示最小值

5 性能等级的标记制度

螺栓、螺钉和螺柱的性能等级标志用两个数字表示,数字之间用一个点号隔开(见表1~表3):

——点左边的一位或者两位数字表示公称抗拉强度,R m ,nom ,(见表3,第1行)的1/100。 ——点右边的数字表示公称屈服强度(下屈服强度),R eL,nom ,或规定非比例伸长0.2%时的应力,R p0.2,nom ,或规定非比例伸长0.0048d 的应力,R pf ,nom ,(见表3,第2行~第4行),和公称抗拉强度,R m ,no m ,比值的十倍,如表1所示(屈强比)。

表1 公称屈服强度和公称抗拉强度比值

m ,no m 8.8。一个以相同材料制造的减低了承载能力的紧固件标记为08.8(见10.4)。

公称抗拉强度和屈服强度的比例相乘得到公称屈服强度(MPa )。不同等级的公称抗拉强度和断后伸长之间的关系在附表A 中给出。

螺栓、螺钉和螺柱的性能等级符号标志应该符合10.3规定。对于降低了承载能力的紧固件的标记符号应符合10.4规定。

在表2和表3的要求全部满足的情况下,超出本标准规定的尺寸范围的紧固件(如,d>39mm )也可以按本章规定进行标记。

6 材料

表2规定了不同性能等级的螺栓、螺钉和螺柱的钢材化学成分的极限值和最低回火温度。化学成分需符合相关的国际标准。

注:在某些国家和地区,国家规定限制或者禁止一些特定的化学元素。

表2 钢材

a 如有争议,适用产品分析。

b 硼的含量可达0.005 %,其非有效硼可由添加钛和(或)铝控制。

c 对于性能等级为4.6和5.6的冷墩紧固件,线材的热处理对于冷墩或是冷墩紧固件本身的延伸是有必要的。

d 这些性能等级允许采用易切钢制造,其硫、礴及铅的最大含量为:硫0.34 %;磷0.11%;铅0.35%。

e 含碳量低于0.25 %(熔炼分析)的低碳硼合金钢,8.8级的锰最低含量可以为0.6%,9.8级和10.9级可以为

0.11%。

f 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芯部再淬透后、回火前获得约90%的马氏体组织。

g 该合金钢应至少包含下列元素中的一种,最低含量如下:铬0.30%,镍0.30%,钼0.20%,钒0.10%。凡元素中指定的组合,两个,三个或四个内容,并合金小于上述含量,。。。。。

h 对于12.9/12.9级的表面不允许有能用金相法测出的白色磷化层,需要一个合适的检测方法。

i 必须注意考虑12.9/12.9级的用途。需要考虑造者的能力,拌拧方法和公共用途。环境的因素可能引起紧固件的应力腐蚀破坏。

7 机械和物理性能

规定性能等级的螺栓、螺钉和螺柱在室温下需符合表3~表7全部的机械和物理性能,无任是产品的制造过程中的测试还是最后的检测。

表3 螺栓、螺钉和螺柱的物理和机械性能

a 该值不能用于钢结构螺栓。

b d≥M12的钢结构螺栓。

c 规定公称值只是为了说明性能等级的目的,见第五章。

d 在下屈服强度,R eL,无法测量到的时候,允许测量规定非比例延伸0.2%时的强度,R p0.2。

e 对于性能等级为4.8、5.8和6.8的实物紧固件规定非比例伸长0.0048d时的强度值,R pf,尚处在研究阶段。现给出的百分率只是保载应力比的计算值,不是试验值。

f 保证载荷在表5~表7中规定。

g 在紧固件末端测量硬度时可以最大到250HV,238HB或99.5HRB。

h 使用HV0.3进行表面硬度和芯部硬度测试,表面硬度不应高出芯部硬度30个HV值。

i 表面硬度超出390HV是不被接受的。

j 表面硬度超出435HV是不被接受的。

k 在-20℃时的测量值。

l d≥M16时适用。

m 冲击试验Kv 尚在研究阶段。

n 在供货双方协议一致的情况下,ISO 6157-3可替换ISO 6157-1使用。

表4 最小极限拉伸载荷——I SO 米制粗牙螺纹

a ………………………………

b A s,nom的计算见9.1.6.1。

c 符合ISO 965-4标准规定的螺纹公差为6az的热镀锌紧固件,公差的减少值符合ISO 10684:2004,见附录

A。

d 钢结构用栓分别为:70000N(M12的螺栓),95500N(M14的螺栓),130000N(M16的螺栓)。

表5 保证载荷——ISO米制粗牙螺纹

a ………………………………

b A s,nom的计算见9.1.6.1。

c 符合ISO 965-4标准规定的螺纹公差为6az的热镀锌紧固件,公差的减少值符合ISO 10684:2004,见附录A。

d 钢结构用栓分别为:70000N(M12的螺栓),95500N(M14的螺栓),130000N(M16的螺栓)。

表6 最小拉力载荷——I SO细牙螺纹

a A s,nom的计算见9.1.6.1。

表7 保证载荷——ISO细牙螺纹

8 测试方法的适用性

8.1 总则

表3规定的紧固件机械物理性能测试有FF和MP两个系列。FF系列用于测试成品紧固件,MP用于紧固件材料测试。这两个系列在不同类型的紧固件测试中又细分为FF1,FF2,FF3,FF4和MP1,MP2系列。由于各种紧固件尺寸和承载能力的原因,不是所有的规格和尺寸的紧固件都能依据表3进行试验。

8.2 紧固件载荷能力

8.2.1 全载荷紧固件

全载荷能力的标准或非标准的实物紧固件,按FF1,FF2或MP2试验系列试验判断的准则:

a)对于d s>d2的紧固件,破断在未旋合的螺纹部分

或者对于d s≈d2的紧固件破断发生在未旋合的螺纹部分或是杆部。

b)符合表4~表6规定的最小极限拉伸载荷,F m min。

8.2.2 由于几何尺寸减少了承载能力的紧固件

在材料性能达到ISO 898-1标准规定的性能等级的标准或非标准的紧固件,虽然由于尺寸的原因影响,但能达到规定的载荷要求,则按FF1,FF2或MP2试验系列进行试验。

当依据FF3或FF4进行拉伸实验时,减少了承载能力的紧固件不是正常的破断在未旋合的螺纹部分。

与实物紧固件极限拉力载荷相比,有以下两种类型是由于几何尺寸原因造成降低了紧固件的承载能力,判断的准则:

a)带低的头部高度、有或无外拌拧结构、带内拌拧结构的扁圆或低圆柱头或带内拌拧结构的沉头。

b)特殊设计的紧固件,即适用于不按ISO898标准规定的承载能力要求,如腰状细杆螺钉。

试验系列FF3(见表10)适用于a)类紧固件。FF4试验系列(见表11)适用于b)类紧固件。

8.3 制造者的控制

当使用表8~表11规定的“适用”试验时,符合ISO 898该部分规定制造的紧固件需完全符合表3~表7的要求。

该标准不授权制造者对每个制造批次执行试验,制造者的责任是选择合适的试验方法,例如过程控制和检查中,以确保制造批次能符合全部要求。

仲裁时,试验方法需符合第9章规定。

8.4 供方的控制

在紧固件的机械性能和物理性能符合表3~表7规定时,供方可以选择自己的方法进行紧固件的过程控制。

仲裁时,试验方法需符合第9章规定。

8.5 需方的控制

需方队已交付的紧固件应采用第9章叙述的试验方法,并从8.6条中选择适当的试验系列进行。

仲裁时,试验方法需符合第9章规定。

8.6 实物紧固件与及加工件可实施的相应试验系列

8.6.1 总则

采用第9章叙述的试验方法,FF1~FF4、MP1和MP2试验系列的适用性在表8~表13。

实物紧固件试验适用表8~表11给出的FF1~FF4试验系列。

——FF1:适用于实物、全载荷或因细杆(d s>d2或d s≈d2)但能达到规定全载荷的所有性能等级螺栓、螺钉的试验,详见表8。

——FF2:适用于全载荷或因细杆(d s>d2或d s≈d2)但能达到规定全载荷的所有性能等级螺柱的试验,详见表9。

——FF3:适用于所有性能等级的实物螺栓、螺钉(d s>d2或d s≈d2)、减少载荷是由于:

1) 带低的头部高度有或无外拌拧结构,

2)带内拌拧结构的扁圆或低圆柱头,

3)带内拌拧结构的沉头型

见表10;

——FF4:适用于实物的螺栓、螺钉和螺柱或特殊设计、强度不按ISO898全载荷要求的紧固件,例如细杆(d s

测试紧固件的材料性能和工艺过程控制按MP1和MP2试验系列(表12~表13)进行。FF1~FF4试验系列也适用于该试验。

——MP1:适用于紧固件材料性能和过程控制的机加工试样的试验,详见表12.

——MP2:适用于d s>d或d s≈d全载荷的实物紧固件的材料性能或公称控制,见表13。8.6.2 适用性

对于本部分的紧固件试验方法的适用性需符合表8~表13的规定。

8.6.3 试验结果的递交

当需方要求交付试验结果时,他们应当从表8~表13中规定的项目中选择,按第9章规定的试验方法进行试验。除非在订货时另有特殊规定,双方同意作为专门的试验要求,可另行规定其他的试验项目。

表8 FF1试验系列——全承载能力的实物螺栓和螺钉

a 对于d≥3mm,l≥2d和b<2d的紧固件,见9.1.5和9.2.5。

b 性能等级4.8,5.6,8.8和10.9级的值在附录C中给出。

c 针对性能等级4.8,5.8,6.8。

d l≥2.7d和b≥2.2d。

e 有争议时该方法适用。

f ISO 898-7标准中没有规定4.6,6.8级的参数值。

g 可以替代拉伸试验,如有争议,拉伸试验适用。

适用:有争议时,按照第9章规定进行试验。

适用,但仅在明确规定时实施:按第9章规定的实验方法进行:在所给出性能项目中二者选一。(如:以拉伸试验替代扭矩试验。)或者产品标准和用户合同中特殊规定(如:冲击试验)。

不适用:该试验项目不能进行:因为紧固件的型式尺寸原因(如:长度太短不能试验),或因为仅适用于紧固件的生产过程的监控(如:紧固件的热处理试验)。

表9 FF2试验系列——全承载能力的螺柱

a 如果断裂发生在螺柱螺纹长度(金属部位一端),

b m,最小硬度可以替代R m min。或者依据9.7规定进行机加工试样的抗拉强度R m测定。

b l t≥3.2d和b≥2.2d

c 性能等级为4.6,5.6,8.8和10.9级的值在附录C中给出。

d 针对性能等级4.8,5.8,6.8。

e 有争议时本方法适用。

适用:有争议时,按照第9章规定进行试验。

适用,但仅在明确规定时实施:按第9章规定的实验方法进行:在所给出性能项目中二者选一。(如:以拉伸试验替代扭矩试验。)或者产品标准和用户合同中特殊规定(如:冲击试验)。

不适用:该试验项目不能进行:因为紧固件的型式尺寸原因(如:长度太短不能试验),或因为仅适用于紧固件的生产过程的监控(如:紧固件的热处理试验)。

表10 由于头部的设计原因减少了承载能力的螺钉

a 最小极限拉力见相应的产品标准。

b 有争议时本方法适用。

适用:有争议时,按照第9章规定进行试验。

适用,但仅在明确规定时实施:按第9章规定的实验方法进行:在所给出性能项目中二者选一。(如:以拉伸试验替代扭矩试验。)或者产品标准和用户合同中特殊规定(如:冲击试验)。

不适用:该试验项目不能进行:因为紧固件的型式尺寸原因(如:长度太短不能试验),或因为仅适用于紧固件的生产过程的监控(如:紧固件的热处理试验)。

表11 FF4试验系列——由于腰状杆的原因减少了承载能力的螺栓、螺钉和螺柱

a 计算R m 用的细腰杆横截面积,A ds =4

d s 2

。 b 有争议时本方法适用。 适用:有争议时,按照第9章规定进行试验。

适用,但仅在明确规定时实施:按第9章规定的实验方法进行:在所给出性能项目中二者选一。(如:以拉伸试验替代扭矩试验。)或者产品标准和用户合同中特殊规定(如:冲击试验)。

不适用:该试验项目不能进行:因为紧固件的型式尺寸原因(如:长度太短不能试验),或因为仅适用于紧固件的生产过程的监控(如:紧固件的热处理试验)。

表12 MP1试验系列——用及加工试验检验材料性能

a 对螺柱确定最小总长再加1个直径长度。

b 对于l≥5d的螺栓和螺钉测定断面收缩率Z min。

c 对于l t≥6d的螺柱测定断面收缩率Z min。

d 对于l≥d+20mm的螺栓和螺钉测定断面收缩率Z min。

e 对于l≥2d+20mm的螺柱测定断面收缩率Z min。

f 对于l≥4d+8mm的螺栓和螺钉测定断面收缩率Z min。

g 对于l≥5d+8mm的螺柱测定断面收缩率Z min。

h 当下屈服强度,R eL,无法测量时,可以测量规定非比例延伸为0.2%时的应力,R p0.2。

i 包括头部实体部分。

j 只针对5.6级。

k 机加工前的评定。

适用:有争议时,按照第9章规定进行试验。

适用,但仅在明确规定时实施:按第9章规定的实验方法进行:在所给出性能项目中二者选一。(如:以拉伸试验替代扭矩试验。)或者产品标准和用户合同中特殊规定(如:冲击试验)。

不适用:该试验项目不能进行:因为紧固件的型式尺寸原因(如:长度太短不能试验),或因为仅适用于紧固件的生产过程的监控(如:紧固件的热处理试验)。

表13 MP2试验系列——全载荷的螺栓、螺钉和螺柱的材料性能测定

a 对螺柱攻螺纹一端的强度比螺母一端要大,或螺柱螺纹长度l t≥3.2d。

b 对于4.6级和5.6级的规定非比例伸长0.0048d时的应力,Rpf,在表3中未规定。

c 没有参考值。

d l≥2.5d和b≥2.0d。

e A f值作为信息性附录在附录C中给出。

适用:有争议时,按照第9章规定进行试验。

适用,但仅在明确规定时实施:按第9章规定的实验方法进行:在所给出性能项目中二者选一。(如:以拉伸试验替代扭矩试验。)或者产品标准和用户合同中特殊规定(如:冲击试验)。

不适用:该试验项目不能进行:因为紧固件的型式尺寸原因(如:长度太短不能试验),或因为仅适用于紧固件的生产过程的监控(如:紧固件的热处理试验)。

9 试验方法

9.1 螺栓和螺钉实物楔负载试验(不含螺柱)

9.1.1 总则

本拉力试验可同时测定:

--螺栓和螺钉实物的抗拉强度, R m;

--头与杆部或螺纹部分交接处的牢固性。

9.1.2 适用范围

本试验适用于带或不带法兰面的螺栓和螺钉并附合以下要求:--平支承面或带锯齿型支承面;

--头部强度高于螺纹截面处;

--头部强度高于无螺纹杆部;

--无螺纹杆径d s≥d2或d s≈d2;

--公称长度l≥2.5d;

--螺纹长度b≥2.0d;

——螺纹长度b < 2 d 的钢结构螺栓;

--3mm≤d≤39mm;

--所有性能等级。

9.1.3 设备

拉力试验机应符合ISO 7500-1规定。不使用自动定心夹具。

9.1.4 试验装置

夹具、楔垫和螺纹接头应符合以下规定:

--硬度:≥45HRC;

--内螺纹接头螺纹公差等级符合表14规定;

--通孔直径d h符合表15规定;

--楔垫符合图1、表15和表16规定。

a 圆角或45°倒角,见表15。

图1 螺栓和螺钉实物楔负载试验

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