SAE J174M-2017 公制钢制螺纹紧固件扭矩-拉力测试程序技术详解

在紧固件应用领域，准确获得扭矩与轴向拉力之间的关系对于确保连接可靠性至关重要。SAE J174M-2017 提供了针对非自锁型公制钢制螺纹紧固件（M6至M24）的标准化扭矩-拉力测试程序。尽管该标准已于2017年1月撤销并由国际标准 ISO 16047 取代，但其严谨的测试方法和控制参数至今仍是紧固件质量控制和性能评估的重要技术参考。

一、标准范围与测试原理

本程序适用于公称直径 6 mm 至 24 mm 的非自锁型钢制螺纹紧固件（螺栓、螺母）的扭矩-拉力特性质量控制。标准强调，实际的扭矩-拉力关系会因具体装配接头的参数不同而异；如需获得真实工况下的数值，必须采用实际零部件进行测试。本标准的英寸版本为 SAE J174。

二、测试材料的关键要求

为确保测试结果的一致性和可比性，标准对测试螺栓、垫圈和螺母提出了严格的材料和规格要求。

测试螺栓

评估螺母时，测试螺栓应满足 SAE J1199 的 10.9 级性能要求，螺纹必须采用滚压制成，且与螺母同等级配合。表面状态应无毛刺、氧化皮和污染物。为便于不同批次或制造商之间的比较，标准建议采用锌磷化加润滑油（72 小时盐雾寿命）的标准表面处理。特别注意：润滑剂不得添加或去除，且须干燥（通过 Waterman #41 滤纸测试）。

测试垫圈

垫圈的尺寸、材料和硬度直接影响摩擦系数，标准对此有详细规定。下表汇总了关键尺寸要求：

公称尺寸	内径 A (mm)	外径 B (mm)	厚度 C (mm)
M6	7.0/6.8	17.0/16.4	2.0 – 1.8
M8	9.4/9.2	20.0/19.4	2.0 – 1.8
M10	11.4/11.2	23.0/22.4	2.0 – 1.8
M12	13.9/13.7	29.6/29.0	3.1 – 2.9
M14	15.9/15.7	32.7/32.1	3.1 – 2.9
M16	18.0/17.8	36.4/35.8	3.1 – 2.9
M20	22.6/22.4	42.9/42.3	4.1 – 3.9
M24	26.6/26.4	55.8/55.2	4.1 – 3.0

注：垫圈材料为碳钢，调质后表面硬度 498-595 HV，芯部硬度 446-677 HV。需进行锌电镀（厚度 5-10 μm）并在镀后 190°C 烘烤 1 小时。

测试螺母

评估螺栓时，测试螺母须符合 ASTM A563M 的公制 10 级要求，螺纹与螺栓同等级配合。螺母表面处理要求与螺栓相同（锌磷化加油，72 小时盐雾），且同样不得额外添加或去除润滑剂。

三、测试设备与方法

测试设备需满足特定精度要求：拉力测量设备精度 ±3%，扭矩测量设备精度 ±2%。推荐使用六角套筒，并需确保垫圈与螺栓螺纹不接触。如需使用测试隔套，隔套硬度须≥545 HV，端面平行度 0.0001 mm/mm。

测试步骤

• 螺栓测试： 将螺栓（原样）插入拉力装置，垫圈置于螺栓头下方。安装螺母和隔套，确保至少两扣螺纹露出螺母。以不超过 30 rpm 的速度匀速拧紧螺栓头，记录所需的扭矩和拉力值。测试全程需防止垫圈旋转，且每次使用新的螺栓、螺母和垫圈。
• 螺母测试： 交换螺栓与螺母位置，重复上述程序。

常见错误包括：添加或去除润滑剂、使用不达标的垫圈、未防转、拧速过快、让螺母接触到不完整螺纹等。这些都会导致结果无效。

标准化测试程序是保证数据可比性的基础。尽管 SAE J174M 已被 ISO 16047 取代，但其对关键变量（材料、润滑、速度、精度）的严苛控制理念，在当今的紧固件工程中依然适用。

四、常见问题解答

👨‍🔧 通过理解并遵循 SAE J174M 的原则（即使标准已被取代），工程师能够更可靠地设计和验证关键紧固连接。