超詳細的緊固件知識大全（發展歷史、機械性質、材質、生產工藝）

緊固件在市場上一般也稱為標準件，是將兩個或兩個以上的零件（或構件）緊固連接成為一件整體時所採用的一類機械零件的總稱。螺絲是緊固件的通用說法，日常口頭語而已。

螺紋發展的歷史

螺紋是人類最早發明的簡單機械之一，在古代，人們利用螺紋固定戰袍的鎧甲、提升物體、壓榨油料和酒製品等。18世紀末，英國工程師亨利·莫斯利（Henry Maudslag）發明了螺紋絲杠車床。第一次工業革命後， 1841年英國人約瑟夫·惠特沃斯（Joseph Whitworth）提出了世界上第一份螺紋國家標準(BS84,惠氏螺紋，B.S.W.和B.S.F.)從而奠定了螺紋標準的技術體系。1905年，英國人泰勒（William Taylor）發明了螺紋量規設計原理（泰勒原理）。從此，英國成為世界上第一個全面掌握螺紋加工和檢測技術的國家，英制螺紋標準是世界上現行螺紋標準的祖先，英制螺紋標準最早得到了世界範圍的認可和推廣。

世界上最有影響的緊固螺紋有三種，它們是：英國的惠氏螺紋、美國的賽氏螺紋、法國的米制螺紋。最有影響的管螺紋有兩種：英國的惠氏管螺紋、美國的布氏管螺紋。

螺紋的種類

螺紋按用途可分為連接螺紋（普通螺紋、管螺紋等）和傳動螺紋（梯形、鋸齒形等）；

按牙型可分為三角形、梯形、鋸齒形等；

按螺紋要素是否標準分標準螺紋、特殊螺紋和非標準螺紋(僅牙型符合標準稱為特殊螺紋，牙型不符合標準稱為非標準螺紋)。

傳動螺紋——用作傳遞動力或運動的螺紋

常用的有兩種標準螺紋

（1）梯形螺紋—— 牙型為等腰梯形，牙型角為30°，它是最常用的傳動螺紋。

與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強度高，對中性好。機床的絲杠是利用梯形螺紋來雙向傳遞動力的。 螺紋代號用 T r來表示

（2）鋸齒形螺紋—— 一種受單向力的傳動螺紋，牙型為不等腰梯形，一側邊與鉛垂線的夾角為30°，另一邊為3°，形成33°的牙型角。其牙型鋸齒形，代號為B。他只用於承受單向動力，由於它的傳動效率及強度比梯形螺紋高，常用於螺旋壓力機及水壓機等單向受力機構螺紋。

(3) 矩形螺紋：主要用於力傳遞，其特點是傳動效率較其他螺紋較高，但強度較大，因此應用受到一定限制

（4）模數螺紋：即渦輪蝸桿螺紋，其牙型為40度，它具有傳動比大，結構緊湊，傳動平穩，自鎖性能好等特點主要用於減速裝置。

產品機械性質

等級：公制螺栓的強度等級主要有：

３.６、４.６、４.８、５.６、５.８、６.８、８.８、９.８、１０.９、１２.９共１０個性能等級。

高強度螺栓的區分及含義。 8.8級及以上等級的螺栓統稱為高強度螺栓，其餘等級螺栓稱為普通強度螺栓。

螺栓性能等級標號的含義 ：螺栓性能等級標號由兩部分數字組成，分別代表螺栓的公稱抗拉強度值和屈強比值，如性能等級為4.8級的高強度螺栓其含義為：（1）：螺栓材質公稱抗拉強度為400MPa級（2）：螺栓材質的屈強比值為0.8（3）：螺栓材質的公稱屈服強度為400x0.8= 320MPa級

３、螺栓的機械性能等級主要有以下四種指標：

a、強度指標（抗拉強度、屈服點、屈服強度、保證應力）

b、硬度指標（維氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度、表面硬度）

c、塑性、韌性指標（伸長率、鍥負載強度、衝擊吸收功、頭部堅固性）

d、脫碳層指標（螺紋未脫碳層的最小高度、全脫碳層的最大深度）

１、抗拉強度（б)N/mm　:產品單位面積上所能承受最大抗拉伸力量。是指金屬材料在拉斷前所能承受的最大應力，

2、保證荷重（SP）N/mm ：依產品的等級和規格對其施以一定負荷，並持續一定的時間，產品能夠承受而不發生任何可測得的永久變形。

3、屈服點（бS） N/mm ：材料拉伸時，應變增加而應力不增加的點，在一般的低強度產品的拉伸曲線中可顯示明顯的屈服點，屈服點是材料彈性變形和塑性變形的分界點；在高強度產品的拉伸曲線中沒有明顯的屈服點，當屈服點不能測定時，允許一測量屈服強度的方法代替。

屈服強度（yield strength ）定義：是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限，亦即抵抗微量塑性變形的應力。對於無明顯屈服的金屬材料，規定以產生0.2%殘餘變形的應力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強度。大於此極限的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復。如低碳鋼的屈服極限為207MPa，當大於此極限的外力作用之下，零件將會產生永久變形，小於這個的，零件還會恢復原來的樣子。

備註：a.材料的變形分為彈性變形（外力撤銷後可以恢復原來形狀）和塑性變形（外力撤銷後不能恢復原來形狀，形狀發生變化，伸長或縮短）

b.當應力超過彈性極限後，進入屈服階段後，變形增加較快，此時除了產生彈性變形外，還產生部分塑性變形。當應力達到b點後，塑性應變急劇增加，應力應變出現微小波動，這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力分別稱為下屈服點和上屈服點。由於下屈服點的數值較為穩定，因此以它作為材料抗力的指標，稱為屈服點或屈服強度(ReL或Rp0.2)。

4、硬度：金屬材料抵抗更硬的物體壓入其內的能力叫硬度。它是材料性能的一個綜合物理量，表示金屬材料在一個小的體積範圍內抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力（維氏硬度HV30、布氏硬度HB、洛氏硬度HRB和HRC、表面硬度HV0.3）。

5、鍥負載強度：對六角頭、方頭（四角）、六角法蘭面或內六角螺栓反應施以鍥負載試驗。即測試產品的頭部下方加一鍥形塊後的抗拉強度，其目的是得到產品的抗拉強度及其頭部堅固性。

6、伸長率：（δ ）：產品的伸長率即為產品斷裂後的伸長量與斷裂前的長度的比值

①．屈服點

試樣在試驗過程中力不增加（保持恆定）仍能繼續伸長（變形）時的應力。

②．上屈服點

試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力。

③．下屈服點

當不計初始瞬時效應時屈服階段中的最小應力。

有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現象，通常以發生微量的塑性變形(0.2%)時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度（yield strength）。

7，頭部堅固性：將產品裝入一帶有傾斜孔（傾斜角度，如下圖）的支座內，用捶擊產品頭部，對全牙的螺栓或螺釘，只要未發生掉頭現象，即使在第一扣螺紋上出現了裂縫，仍應視為符合本試驗要求；半牙產品在頭部、支撐面與螺桿過渡圓角處，不應產生任何裂縫。GB3098.1且中規定對規格≤M16，並且長度太短而不能進行鍥負載試驗的螺栓和螺釘執行。

緊固件的材質

鋼的種類和在緊固件行業的運用：

⑴鋼的分類

鋼是含碳量在0.04%-2.3%之間的鐵碳合金.按照化學成份分類如下：

①碳素鋼：

a.低碳鋼（C≦0.25%）

b.中碳鋼（ C:0.25% -0.6%）

c.高碳鋼（C＞0.6%）

②合金鋼：

a.低合金（合金元素總含量≦5%）

b.中合金（合金元素總含量﹥ 5%-10%）

c.高合金（合金元素總含量﹥10%）

按照品質分類：按照鋼中硫（S）和磷（P）的含量可分為普通鋼、優質鋼和高級優質鋼。

a.普通鋼 ( 含磷量不大於0.045%，含硫量不大於0.055%。)

b.優質鋼 （含磷量不大於0.04%，含硫量不大於0.045%。)

C.工具鋼： (磷、硫含量不大於0.04%。)

D.高級優質鋼（ P≦0.035%,S ≦ 0.030% ）

按照成形方法分類:a.鍛鋼 b.鑄鋼 c.熱軋鋼 d.冷拉鋼

按照用途分類：

①建築及工程用鋼

a.普通碳素結構鋼；b.低合金結構鋼；c.鋼筋鋼

② 結構鋼

a.機械製造用鋼：調質結構鋼、表面硬化結構鋼：滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼、易切結構鋼、冷塑性成形用鋼：冷衝壓用鋼、冷鐓用鋼

b.彈簧鋼

c.軸承鋼

③工具鋼

a.碳素工具鋼；b.合金工具鋼；c.高速工具鋼

④特殊性能

a.不銹耐酸鋼；b.耐熱鋼；c.電熱合金鋼; d.耐磨鋼；e.低溫用鋼；f.電工用鋼

⑤專業用鋼：橋樑用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農機用鋼等

⑵中國鋼號表示方法的分類說明

①碳素結構鋼

a.由Q+數字+質量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以「Q」，代表鋼材的屈服點，後邊的數字表示屈服點數值，單位是Mpa。例如：Q235為235Mpa的碳素結構鋼。

b.必要時鋼號後面可標出表示質量等級和脫氧方法的符號。質量等級符號分別為A、B、C、D.脫氧方法符合：F表示沸騰鋼；b.表示半鎮靜鋼；Z表示鎮靜鋼；TZ表示特殊鎮靜鋼，鎮靜鋼可不標符號，即Z和TZ都可不標。例如Q235-AF表示A級沸騰鋼。

C.專門用途的碳素鋼，例如橋樑鋼、船用鋼等，基本上採用碳素結構鋼的表示方法，但在鋼號最後附加表示用途的字母。

②優質碳素結構鋼

a.鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，例如平均碳含量為0.45%的鋼，鋼號為「45」，它不是順序號，所以不能讀成45號鋼。

b.錳含量較高的優質碳素結構鋼，應將錳元素標出，例如50Mn.

③碳素工具鋼

a.鋼號冠以「T」，以免與其他鋼類相混。

b.鋼號的數字表示碳含量，以平均碳含量的千分之幾表示。例如「T8」表示平均碳含量為0.8%。

c.錳含量較高者，在鋼號最後標出「Mn」，例如： 「T8Mn」

d.高級優質碳素工具鋼的磷、硫含量，比一般優質碳素工具鋼低，在鋼號最後加註字母「A」,以示區別，例如「T8MnA」.

④易切削鋼

a.鋼號冠以「Y」，以區別於優質碳素結構鋼。

b.字母「Y」後的數字表示碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，例如平均碳含量為0.3%的易切削鋼，其鋼號為「Y30

c.錳含量較高者，亦在鋼號標出「Mn」，例如「Y40Mn」

⑤合金結構鋼

a.鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，如40Cr.

b.鋼中主要合金元素，除個別微合金元素外，一般以百分之幾表示。當平均合金含量＜1.5%時，鋼號中一般只標出元素符號，而不標明含量，但在特殊情況下易致混淆者，在元素符號後亦可標以數字「1」，例如鋼號「12CrMoV」和「12CrMoV」，前者鉻含量為0.4-0.6%，後者0.9-1.2%，其餘成份全部相同。當合金元素平均含量≧1.5%、 ≧2.5% ≧3.5%......時，在元素符號後面應標明含量，可相應表示為2、3、4…..等。例如18Cr2Ni4WA

⑥彈簧鋼：65、70、85、65Mn

⑦滾動軸承鋼

a.鋼號冠以字母「G」,表示滾動軸承鋼類。

b.高碳鉻軸承鋼鋼號的碳含量不標出，鉻含量以千分之幾表示，例如GCr15.

鋼材中材質中的英文字母表示：

A表示是鋁（Al）脫氧鋼；K表示是硅（Si）脫氧鋼；CH表示冷打；F表示細晶粒；B表達加入含合金元素硼。

合金鋼：

規定的最大含錳量超過1.65%，或者 規定的最大含硅量超過1.65%，或者

規定的最大含銅量超過1.65%，或者

含鉻量低於4.0%，（超過4.0%將列為不鏽鋼），或鋼中含有規定最小含量的鋁、硼、鈷、鈳、鉬、鎳、鈦、釩或鋯或任何其它加入鋼內達到特殊效果的元素。

碳鋼中各類元素對鋼性質的影響：

1、碳（C）、提高鋼件強度，尤其熱處理性能；但隨含碳量的增加塑性和韌性下降，會影響到鋼件的冷鐓性能和焊接性能。

2、錳（Mn）、提高鋼件強度，並在一定程度上提高可淬性，即在淬火時增加了淬硬滲入的強度，錳還能改進表面質量，但是太多的錳對延展性和可焊性不利同時會影響電鍍時對鍍層的控制。

3、鎳（Ni）、提高鋼件強度，改善低溫下的韌性，提高耐大氣腐蝕能力，並可保證穩定的熱處理效果，減小氫脆的作用。

4、鉻（Cr）、提高可淬性，改善耐磨性，提高耐腐蝕能力，並有利於高溫下保持強度。

5、鉬（Mo）、能幫助控制可淬性，降低鋼對回火脆性的敏感性，提高高溫下的抗拉強度有很大影響。

6、硼（B）、能提高可淬性，並且有助於使低碳鋼對熱處理產生預期的反應。 7、礬（V）、細化奧氏體晶粒，改善韌性。 8、硅（Si）、保證鋼件強度，適當的含量可以改善鋼件塑性和韌性。

含碳量小於0.25%的低碳鋼，強度低、塑性、可焊性較好；

含碳量在0.25-0.45%間叫做中碳鋼，較高強度、塑性、可焊性較差，若經過熱處理，則強度和硬度有顯著提高，

含碳量大於0.45%的鋼叫高碳鋼，塑性和可焊較差，熱處理後有很高的強度和硬度。

08、10、15、20、25等號鋼含碳量較低，強度小而塑性好。可用於製造各種容器，或用來製造衝壓件，焊接結構件及螺釘、螺母、墊圈和需要滲碳的零件。

30、35、40、45、50等號鋼含碳量中等，強度較高、韌性和加工性較好，通常要經過淬火，回火等處理，可用來製造軸類、齒輪、絲桿、連桿、套筒等。

55、60、70等號鋼含量較高，淬火後有較高彈性，可用於製造彈簧、軋輥和鋼絲繩等。

流程：

盤元 退火 酸洗 抽線 打頭 輾牙 熱處理 電鍍 包裝

（一）、盤元：

1、盤元是指自廠商購入原始盤條，一個盤元主要包括以下幾個方面的參數：

A、廠牌 B、品名 C、規格 D、材質 E、爐號或批號 F、數量/重量

2、鋼中的主要化學成份有：C、Mn、P、S、Si、Cu、Al，其中Al、Cu的含量越低越好

（二）、退火：消除線材加工內應力，增加其可鍛造性。

（三）、酸洗： 除去線材表面的一層氧化膜，同時對線材進行表面潤滑，以利抽線

（四）、抽線： 為了達到我們需要的線材直徑。

（五）、打頭（成型）及輾牙：　完成產品外形，並加以牙形的塑造。

（六）、熱處理：　改變螺絲的機械性能，達到規定的等級強度要求。

（七）、電鍍：　為了滿足客戶的要求進行的表面處理，同時也可以增加螺絲的某些性能。如防鏽、美觀等。

（八）、包裝：　依標準或客戶要求將產品予以裝盒/箱。

二、螺紋的加工

1 :車螺紋：其特點是通過車床機構的調整，能方便的車出不同螺距，不同直徑， 不同線數和不同牙型的螺紋，適合於單件小批量生產。

2 :攻螺紋和套螺紋 :（1）攻螺紋是用絲錐在工件的光孔內加工出內螺紋的方法 （2）套螺紋是用板牙在工件光軸上加工出螺紋的方法

3 :銑螺紋 磨螺紋 滾壓螺紋:（1）銑螺紋：是在專用的螺紋銑床或萬能卧式銑床上進行。銑螺紋比車螺紋的加工精度低，Ra值略大，但銑螺紋生產效率高，適用於大批量生產 （2）磨螺紋是在專用的螺紋磨床上進行的，主要是對需要熱處理（硬度較高和精度要求高）的螺紋進行精加工。一般需要磨削的螺紋是經過車螺紋和銑螺紋等粗加工或半精加工後進行的。 （3）滾壓螺紋是使胚料在滾壓工具的壓力下產生塑性變形，強制壓制出的螺紋，滾壓方式有兩種： A 搓螺紋：是在搓絲機上進行的，壓出來的螺紋精度高，可達5級，Ra值（表面粗糙度）為1.6~0.8 如：市場上賣的螺釘、螺錐等。 B滾螺紋：是在專用的滾壓機上進行的，壓出的精度可達3級Ra值為0.8~0.2 1 優點：可提高螺紋的抗拉強度，抗剪強度和疲勞強度且生產效率高。 2 缺點：專用設備貴重，對胚料精度要求高，且只能加工內螺紋

小螺紋加工方法

推薦閱讀：