当涉及到紧固件时，了解螺柱和螺栓的强度对于确保安全、可靠的连接至关重要。无论您是在进行建筑项目、汽车维修，还是只是处理家庭DIY任务，选择具有适当强度的紧固件会产生重大影响。在本文中，我们将探讨关于螺柱和螺栓强度的5个重要事实，帮助您为您的需求做出明智的决定。

事实1：材料等级决定强度

螺柱和螺栓的强度主要由它们所制成的材料及其等级决定。等级是紧固件强度、耐久性和适用性的关键指标。

了解材料等级

材料等级指定了用于制造螺柱或螺栓的金属的类型和质量。不同的等级针对特定的应用、载荷要求和环境条件。

常见材料等级

SAE等级（美国汽车工程师协会）

SAE等级主要用于英制紧固件（以英寸测量）。等级越高，强度越大。

SAE 2级

• 材料： 低碳钢或中碳钢
• 抗拉强度： 约60,000 psi
• 应用： 非关键、低应力应用

SAE 5级

• 材料： 中碳钢，淬火和回火
• 抗拉强度： 约120,000 psi
• 应用： 汽车和机械应用；中等应力

SAE 8级

• 材料： 合金钢，淬火和回火
• 抗拉强度： 约150,000 psi
• 应用： 高应力应用；需要高强度的地方

公制等级（ISO 898-1）

公制等级用于公制紧固件（以毫米测量）。等级用两个数字表示，用小数点分隔（例如，8.8、10.9、12.9）。

等级8.8

• 抗拉强度： 800 MPa（116,000 psi）
• 屈服强度： 640 MPa（相当于抗拉强度的80%）
• 应用： 中等到高强度应用

等级10.9

• 抗拉强度： 1,000 MPa（145,000 psi）
• 屈服强度： 900 MPa
• 应用： 高强度应用；汽车和结构用途

等级12.9

• 抗拉强度： 1,200 MPa（174,000 psi）
• 屈服强度： 1,080 MPa
• 应用： 非常高应力应用；关键结构部件

如何识别等级

SAE螺栓： 在螺栓头上寻找径向线。线条的数量表示等级（例如，SAE 5级有3条线，SAE 8级有6条线）。

公制螺栓： 等级标记压印在螺栓头上（例如，”8.8″、”10.9″）。

为什么材料等级很重要

选择正确的等级确保紧固件能够承受施加在其上的载荷，而不会失效。使用等级过低的螺栓会导致断裂、剥离螺纹或连接失效，从而可能造成危险情况。

事实2：抗拉强度是关键指标

抗拉强度是螺柱或螺栓在被拉伸时断裂前能承受的力量大小的度量。这是评估紧固件强度时要考虑的关键因素之一。

什么是抗拉强度？

抗拉强度，也称为极限抗拉强度（UTS），是材料在断裂前能承受的应力量。它以每平方英寸磅（psi）或兆帕（MPa）表示。

抗拉强度如何测量

抗拉强度通过对螺栓或螺柱样品进行拉伸测试来测量，逐渐增加力直到它断裂。记录的力除以横截面积，得出抗拉强度。

抗拉强度与等级

如前所述，不同的等级有不同的抗拉强度：

为什么抗拉强度很重要

了解螺栓或螺柱的抗拉强度有助于您确定它是否能够承受应用中的力。例如：

• 结构应用： 承受重载荷的建筑结构需要高抗拉强度紧固件。
• 汽车应用： 发动机和悬挂部件承受高应力，需要高等级螺栓。
• 一般用途： 低应力应用（如固定装饰件）可以使用较低等级的紧固件。

抗拉强度 vs 屈服强度

虽然抗拉强度是材料断裂前能承受的力，但屈服强度是材料开始永久变形的点。对于螺栓和螺柱：

• 屈服强度： 螺栓开始拉伸且不会恢复到原始长度的点。
• 抗拉强度： 螺栓完全断裂的点。

在关键应用中，确保施加的载荷低于屈服强度以防止永久变形。

事实3：螺纹啮合影响整体强度

连接的强度不仅取决于螺栓或螺柱本身，还取决于螺纹啮合到材料中的深度和质量。

什么是螺纹啮合？

螺纹啮合指的是螺栓或螺柱的螺纹与螺母或螺纹孔的螺纹配合的深度。适当的啮合确保载荷均匀分布在螺纹上。

充分螺纹啮合的重要性

载荷分布： 更多的螺纹啮合意味着载荷分散在更多的螺纹上，减少每个螺纹的应力。

防止剥离： 啮合不足会导致螺纹剥离，特别是在软材料中。

连接强度： 适当的啮合确保连接能够承受预期载荷而不会失效。

推荐的螺纹啮合长度

一般规则是螺纹啮合长度应至少等于螺栓直径的1.5倍。

• 钢螺栓进入钢： 最少1×直径
• 钢螺栓进入铝或铸铁： 最少1.5×直径
• 钢螺栓进入塑料或软材料： 最少2×直径

如何确保适当的螺纹啮合

选择正确的螺栓长度： 确保螺栓足够长，以提供充分的螺纹啮合，而不会完全穿过螺母或螺纹孔。

使用合适的螺母： 将螺栓与兼容的螺母配对（相同的螺距和等级）。

检查螺纹状况： 确保螺纹清洁、未损坏且正确对齐。

在软材料中的螺纹啮合

在软材料（铝、塑料）中，螺纹更容易剥离。要解决这个问题：

使用螺纹嵌件： 像Helicoils这样的嵌件提供更强的螺纹。

增加啮合长度： 使用比硬材料更长的啮合长度。

选择细螺纹： 细螺纹在软材料中提供更好的抓握。

事实4：正确的扭矩对于实现设计强度至关重要

即使使用正确等级和材料的螺栓，如果没有拧紧到正确的扭矩，连接也可能失效。扭矩是确保紧固件达到其设计强度的关键因素。

什么是扭矩？

扭矩是施加在紧固件上以拧紧它的旋转力。它以英尺-磅（ft-lbs）、英寸-磅（in-lbs）或牛顿-米（Nm）测量。

为什么正确的扭矩很重要

拧紧不足： 如果螺栓没有拧紧到足够的程度，连接可能松动，导致振动、移动或失效。

过度拧紧： 如果螺栓拧得太紧，它可能拉伸超过其屈服强度，导致永久变形、螺纹剥离或断裂。

均匀载荷分布： 正确的扭矩确保载荷在连接上均匀分布。

如何确定正确的扭矩

扭矩规格取决于几个因素：

螺栓尺寸和等级： 较大、较高等级的螺栓需要更多扭矩。

螺纹条件： 润滑、清洁的螺纹需要的扭矩与干燥、生锈的螺纹不同。

材料： 被连接的材料影响所需的扭矩。

制造商规格： 始终查阅设备制造商的扭矩建议。

扭矩值表

以下是常见螺栓尺寸和等级的大致扭矩值：

SAE 5级（干燥条件）

公制等级8.8（干燥条件）

注意：这些是大致值。始终参考具体应用的规格。

使用扭矩扳手

为了实现正确的扭矩：

使用校准的扭矩扳手： 确保工具准确并定期校准。

遵循拧紧顺序： 对于多螺栓连接，以星形或交叉模式拧紧以均匀分布载荷。

以增量拧紧： 首先拧紧到扭矩的50%，然后拧紧到75%，最后拧紧到100%。

检查扭矩： 拧紧后，检查扭矩以确保它在规格范围内。

润滑的影响

润滑螺纹可以显著影响所需的扭矩。润滑螺栓需要的扭矩约为干燥螺栓的75%，以实现相同的夹紧力。

干燥螺栓： 使用标准扭矩值。

润滑螺栓： 将扭矩降低约25%，或遵循制造商的规格。

事实5：环境因素影响长期强度

螺柱和螺栓的强度不仅取决于材料和安装，还取决于它们所暴露的环境条件。随着时间的推移，腐蚀、温度和其他因素会削弱紧固件。

腐蚀和生锈

腐蚀是紧固件强度降低的主要原因之一，特别是在潮湿、盐或化学暴露的环境中。

腐蚀如何影响强度

材料损失： 生锈会侵蚀螺栓或螺柱的金属，减少其横截面积和强度。

应力集中： 蚀坑和腐蚀点产生应力集中，使紧固件更容易断裂。

螺纹损坏： 腐蚀会使螺纹变弱，导致剥离或啮合不良。

防止腐蚀

使用不锈钢： 不锈钢紧固件对腐蚀有优异的抗性，适合户外和海洋环境。

涂层和电镀： 镀锌、镀镍或其他涂层提供额外保护。

定期维护： 检查和维护紧固件，必要时涂抹防锈涂层。

选择合适的材料： 将紧固件材料与环境匹配（例如，对于化学暴露使用耐腐蚀合金）。

温度极端

高温和低温都会影响紧固件的强度和性能。

高温

强度降低： 许多金属在高温下失去强度。例如，碳钢在约800°F（427°C）以上开始明显减弱。

蠕变： 在高温和持续载荷下，材料会随时间缓慢变形（蠕变）。

氧化： 高温会加速氧化（类似于生锈），削弱紧固件。

解决方案

使用高温合金： 不锈钢、镍合金（如Inconel）或其他高温材料。

定期检查： 监测在高温环境中工作的紧固件。

低温

脆性： 一些材料在低温下变脆，使它们更容易在冲击或应力下断裂。

收缩： 金属在低温下收缩，可能导致预紧力损失。

解决方案

选择适当的材料： 使用专为低温应用设计的材料（例如，低温钢）。

定期重新拧紧： 检查并根据需要重新拧紧螺栓以补偿收缩。

振动和疲劳

在机械或振动环境中，螺栓和螺柱会受到重复载荷，导致疲劳。

疲劳失效

疲劳是在重复应力循环下材料的渐进和局部结构损伤。即使应力低于材料的抗拉强度，随着时间的推移也会发生疲劳失效。

防止疲劳失效

使用锁紧功能： 锁紧螺母、锁紧垫圈或螺纹锁固剂防止因振动导致的松动。

选择适当的等级： 使用适合应用的更高等级螺栓。

定期检查： 定期检查连接是否松动或损坏。

设计考虑： 在可能的情况下，设计连接以最小化重复应力。

化学暴露

暴露于化学品、酸、碱或其他腐蚀性物质会削弱紧固件。

防止化学损坏

选择耐化学材料： 不锈钢、哈氏合金或其他耐腐蚀合金。

使用防护涂层： 环氧树脂、PTFE或其他化学抗性涂层。

定期清洁： 去除可能与紧固件反应的化学残留物。

电偶腐蚀

当两种不同的金属接触并暴露在电解质（如盐水）中时，会发生电偶腐蚀，导致一种金属加速腐蚀。

防止电偶腐蚀

使用相似金属： 将相同或相似的金属配对（例如，钢上的钢螺栓）。

绝缘紧固件： 使用非导电垫圈或涂层来分离不同的金属。

涂抹保护涂层： 密封剂或涂层可以防止电解质接触。

实际应用：为您的项目选择合适的螺栓

既然您了解了螺柱和螺栓强度的关键事实，让我们将这些知识应用到现实世界的场景中。

建筑和结构应用

要求： 高强度、承受重载荷的能力、抗环境因素。

推荐：

• 等级： SAE 8级或公制10.9/12.9，用于关键连接。
• 材料： 镀锌或不锈钢，用于户外或腐蚀性环境。
• 扭矩： 遵循结构工程规格；使用校准的扭矩扳手。
• 螺纹啮合： 确保充分啮合（至少1.5×直径）。

汽车和机械应用

要求： 高强度、抗振动、抗热和化学暴露。

推荐：

• 等级： SAE 5级或8级，或公制8.8/10.9。
• 锁紧功能： 使用锁紧螺母、螺纹锁固剂或锁紧垫圈。
• 扭矩： 参考车辆或设备制造商的规格。
• 材料： 根据暴露选择；考虑不锈钢或涂层螺栓用于恶劣环境。

电气和电子应用

要求： 适度强度、耐腐蚀、有时需要非磁性。

推荐：

• 材料： 不锈钢（18-8或316）用于耐腐蚀；黄铜用于导电。
• 等级： 较低等级（SAE 2级或公制4.8）通常足够。
• 扭矩： 较低扭矩以避免损坏精密部件。

船舶和户外应用

要求： 对盐水、湿气和紫外线暴露的高耐腐蚀性。

推荐：

• 材料： 316不锈钢用于海洋环境；热浸镀锌用于一般户外。
• 等级： 根据需要；不锈钢通常提供足够的强度。
• 维护： 定期检查和维护；根据需要涂抹防腐涂层。

家庭DIY和一般用途

要求： 适度强度、易于使用、经济实惠。

推荐：

• 等级： SAE 2级或5级，或公制4.8/8.8。
• 材料： 镀锌碳钢用于一般用途；不锈钢用于潮湿区域。
• 扭矩： 手动拧紧通常足够；对于更高应力应用使用扭矩扳手。

常见错误要避免

了解螺柱和螺栓强度也意味着知道常见的陷阱。

使用错误的等级

错误： 为要求苛刻的应用选择低等级螺栓。

后果： 螺栓可能断裂、剥离或在载荷下失效，导致安全隐患。

解决方案： 始终选择符合或超过应用要求的螺栓等级。

忽略腐蚀保护

错误： 在腐蚀性环境中使用未涂层的碳钢螺栓。

后果： 生锈削弱紧固件，导致过早失效。

解决方案： 使用不锈钢、镀锌或涂层螺栓用于户外或腐蚀性应用。

螺纹啮合不足

错误： 使用太短的螺栓或螺纹啮合不充分。

后果： 螺纹剥离、连接弱、失效风险。

解决方案： 确保螺栓足够长，以提供至少1.5倍螺栓直径的螺纹啮合。

过度拧紧或拧紧不足

错误： 未能拧紧到正确的扭矩。

后果： 过度拧紧会导致螺栓拉伸或断裂；拧紧不足会导致连接松动。

解决方案： 使用扭矩扳手并遵循推荐的扭矩规格。

混合材料等级

错误： 使用不匹配的螺栓和螺母等级。

后果： 较弱的部件可能首先失效，损害连接。

解决方案： 使用等级相同或兼容的螺栓和螺母。

忽略环境因素

错误： 未考虑温度、化学品或振动暴露。

后果： 紧固件随时间退化，导致失效。

解决方案： 为特定环境选择合适的材料和等级；定期检查和维护。

维护和检查技巧

为了确保螺栓和螺柱保持其强度，定期维护和检查至关重要。

定期检查

检查什么： 松动、腐蚀、裂纹、变形、磨损的螺纹。

频率： 取决于应用——关键结构部件可能需要频繁检查；低应力应用可能需要较少检查。

拧紧维护

重新拧紧： 在振动应用中，定期检查并重新拧紧螺栓到推荐扭矩。

使用锁紧装置： 防止未来松动。

腐蚀控制

清洁： 定期清洁紧固件以去除污垢、盐或化学残留物。

涂抹涂层： 使用防锈喷雾、油脂或其他保护涂层。

更换腐蚀的紧固件： 不要尝试重复使用严重生锈或腐蚀的螺栓。

文档和记录

保持记录： 记录安装日期、扭矩规格、检查日期和任何维护。

跟踪更换： 注意螺栓何时更换以及为什么。

在哪里购买高质量的螺栓和螺柱

选择可靠的供应商对于获得符合强度和质量标准的紧固件至关重要。

要寻找什么

认证： 确保紧固件符合相关标准（SAE、ISO、ASTM等）。

材料验证： 供应商应提供材料证书或测试报告。

一致性： 高质量的供应商保持批次之间的一致性。

技术支持： 知识渊博的员工可以帮助您为应用选择合适的紧固件。

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常见问题解答

螺栓等级和强度之间有什么区别？

等级指定用于制造螺栓的材料和热处理，而强度（特别是抗拉强度）是螺栓在断裂前能承受的力量的度量。较高等级的螺栓具有更高的强度。

我如何知道我的螺栓是什么等级？

检查螺栓头上的标记。SAE螺栓在头部有径向线（例如，3条线表示SAE 5级），公制螺栓压印有等级（例如，”8.8″或”10.9″）。

我可以重复使用高强度螺栓吗？

这取决于应用。在高应力或关键应用中，高强度螺栓（SAE 8级、公制10.9或更高）在拧紧时可能会拉伸超过其屈服强度，不应重复使用。对于较低应力应用，如果螺栓状况良好，可以重复使用。

什么导致螺栓失效？

螺栓失效可能由几个因素引起：过度拧紧、拧紧不足、使用错误的等级、螺纹啮合不足、腐蚀、疲劳（重复载荷）、材料缺陷或环境因素。

对于户外应用我应该使用什么材料？

对于户外应用，使用耐腐蚀材料，如不锈钢（特别是316级用于海洋环境）或镀锌碳钢。避免使用未涂层的碳钢，它会生锈并减弱。

我如何防止螺栓在振动中松动？

使用锁紧功能，如锁紧螺母（尼龙嵌件锁紧螺母）、锁紧垫圈、螺纹锁固剂（如Loctite）或通过以星形模式拧紧多个螺栓来正确

拧紧。定期检查并根据需要重新拧紧螺栓。

螺栓和螺柱之间有什么区别？

螺栓通常有一个头部，穿过预钻孔，并用螺母固定。螺柱是没有头部的螺纹杆——两端都有螺纹。一端拧入螺纹孔，另一端用螺母固定。螺柱常用于需要频繁拆卸的应用或当无法从两侧接触连接时。

我可以混合使用公制和英制螺栓吗？

不可以。公制和英制螺栓有不同的螺纹螺距和角度。混合它们会导致螺纹啮合不良、剥离和连接失效。始终使用匹配的系统。

螺纹润滑如何影响扭矩？

润滑减少螺纹之间的摩擦，意味着需要较少的扭矩来实现相同的夹紧力。如果您润滑螺栓，通常将扭矩值降低约25%。始终遵循制造商关于润滑螺栓扭矩的指南。

螺栓在极端温度下会失去强度吗？

是的。高温（通常高于800°F/427°C用于碳钢）会降低强度，而极低温度会使某些材料变脆。对于极端温度应用，选择专门为这些条件设计的材料（例如，高温不锈钢或低温钢）。

了解螺柱和螺栓强度对于确保安全、可靠的连接至关重要，无论是在建筑、汽车、机械还是家庭DIY项目中。通过掌握关于材料等级、抗拉强度、螺纹啮合、正确扭矩和环境因素的这5个重要事实，您可以为您的应用做出明智的决定，并避免代价高昂或危险的失效。

关键要点：

1. 材料等级决定强度 — 选择符合您载荷要求的适当SAE或公制等级。

2. 抗拉强度是关键 — 了解螺栓的抗拉强度以确保它能承受施加的力。

3. 螺纹啮合影响整体强度 — 确保充分的螺纹啮合（至少1.5倍螺栓直径）以防止剥离和失效。

4. 正确的扭矩至关重要 — 使用扭矩扳手拧紧到制造商的规格，以避免过度拧紧或拧紧不足。

5. 环境因素影响长期强度 — 防止腐蚀，考虑温度极端，并解决振动和化学暴露以保持紧固件完整性。

通过在选择、安装和维护螺栓和螺柱时应用这些原则，您可以确保您的项目安全、耐用并经受时间考验。

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