GB/T 3098.26-2021：紧固件性能——平垫圈

本标准规定了碳钢或合金钢制成的平垫圈的机械和物理性能，适用于与符合GB/T 3098.1和GB/T 3098.2中定义的性能等级的螺栓、螺钉、螺柱和螺母进行螺栓连接的情况。这些性能是在10℃至35℃的环境温度下进行测试的。

注 1：这些平垫圈也可以与自攻螺钉等其他紧固件一起使用。

符合本标准要求的平垫圈在规定的测试条件下，在高温和/或低温下可能无法保持其机械和物理性能。注2：符合本文件的平垫圈适用于-50°C至+150°C的工作温度。对于超过-50°C至+150°C（最高可达+300°C）的温度，建议用户咨询相关专家。

本文件适用于厚度为 0.2 毫米至 12 毫米的碳钢或合金钢制成的平垫圈和组件用垫圈，包括：

• 平垫圈（带或不带图案、肋条或倒角）。
• 方形平垫圈。
• 方形孔平垫圈。
• 特殊形状的平垫圈。

本标准未对以下方面提出具体要求：

• 耐腐蚀性。
• 可焊接性。

本标准强调材料选择和测试条件对于确保紧固件组件可靠性的重要性。例如，在涉及极端温度的应用中，必须评估热膨胀和材料退化等额外因素。本标准与其他GB/T系列文件相整合，为紧固件性能提供了一个整体框架，确保其在机械工程应用中的兼容性和安全性。通过限制厚度范围，本标准侧重于常见的工业用途，同时允许通过协议进行扩展。专业人员应注意，对于船舶或航空航天等特殊环境，可能需要补充腐蚀标准。总体而言，本标准确保平垫圈能够有效地促进螺栓连接的载荷分布和抗振性能，防止松动或材料疲劳等失效。本标准未涵盖腐蚀和焊接性能，因此需要采用集成系统设计，分别考虑这些方面。在实践中，工程师通常会将本标准与GB/T 5267.3等热浸镀锌标准结合使用，以提高耐久性。这种综合方法有助于选择能够优化组件性能、降低维护成本并提高结构完整性的垫圈。此外，温度指南可防止在高温环境下误用，在这些情况下，不锈钢等替代材料可能更合适。该文件重点关注碳钢和合金钢，兼顾成本效益和机械强度，使其适用于汽车、建筑和机械行业。通过遵循这些参数，制造商可以生产出符合国际标准的稳定产品，从而促进全球贸易和标准化。

符号

本文档中使用以下符号：

• d₁：通孔的内径，单位为毫米（mm）。
• d₂：外径，单位为毫米（mm）。
• F：载荷，单位为牛顿（N）。
• G：总脱碳层深度，单位为毫米（mm）。
• r：支撑件与受压件之间的接触半径，单位为毫米（mm）。
• t：平垫圈的标称厚度，单位为毫米（mm）。
• t_eff：平垫圈的有效厚度，单位为毫米（mm）。
• α：支撑部分与压力部分之间的接触角，以度（°）表示。

这些符号规范了技术文档中的沟通方式，确保设计和测试的精确性。例如，d₁ 和 d₂ 对于与螺栓的尺寸兼容性至关重要，可防止因错位而导致的装配失败。载荷 F 在性能测试中必不可少，用于模拟实际应力。脱碳深度 G 与表面完整性相关，因为过度脱碳会削弱垫圈的强度。半径 r 和角度 α 用于测试设置中，以精确模拟接触条件。厚度参数 t 和 t_eff 用于考虑制造偏差，从而影响承载能力。在工程实践中，这些符号有助于计算应力分布，其中垫圈有助于将力均匀地分布在接合面上。理解这些符号对于解释测试结果和确保合规性至关重要。它们符合国际标准，促进了互操作性。专业人员应始终如一地使用这些符号，以避免规范错误。例如，在有限元分析中，输入到模型中的这些参数可以预测垫圈在负载下的行为。这种符号体系增强了文档的易用性，便于在质量控制过程中快速参考。通过尽早定义它们，该标准为后续有关材料和测试的章节奠定了基础。

命名系统

平垫圈的性能等级由数字和符号组成：

• 该数字表示维氏硬度的最小值（见表 3）。
• 字母 HV 表示维氏硬度。

例如：根据表 3，维氏硬度最小为 200 的钢制平垫圈，其硬度为 200 HV。

如果符合表 2 和表 3 的规定，此命名系统也可适用于超出标准厚度的规格。虽然规定了多种性能等级，但并非所有性能等级都适用于每种螺栓、螺母和垫圈组件。表 1 列出了平垫圈性能等级与螺栓、螺钉、螺柱和螺母的组合。

RC：推荐组合。
^一个 根据 GB/T 9074.1 和 GB/T 97.4，螺栓和垫圈组件的产品标准中应用了 200 HV 和 300 HV 等级。
^b 380 HV 不符合现行产品标准；使用该电压需经供应商和买方同意。
^c 对于 380 HV 的螺栓连接设计应防止垫圈（尤其是开槽或沉头式垫圈）出现弯曲和拉伸应力。
^d 如果连接设计和安装经过验证，则可以使用带有脚注 d 的组合。
^e 阶梯粗线以上的组合可用于螺栓连接。
^f 阶梯状粗线以下（灰色区域）的组合不应使用。

对于自攻螺钉和连接软材料（例如塑料、木材）的螺钉，应根据预期用途确定与平垫圈性能等级的组合。

该标识系统确保组件的可追溯性和兼容性，这对安全至关重要。通过将硬度与性能等级关联起来，工程师可以选择与螺栓强度相匹配的垫圈，避免规格过低或过高。表 1 中的建议可防止因规格不匹配而导致的失效，例如滑丝或开裂。在桥梁等高负载应用中，380 HV 等更高等级的垫圈具有更优异的耐磨性，但需要精心设计以降低氢脆风险（参见 GB/Z 41117）。该系统对非标准厚度的灵活性支持定制应用。总而言之，它促进了标准化，减少了采购和装配过程中的错误。

材料

表2规定了不同性能等级平垫圈所用碳钢和合金钢的化学成分限值。这些成分必须符合相关的国家标准。

笔记： 合金钢包括弹簧钢和适用于平垫圈的合金弹簧钢。

对于需要热浸镀锌的垫圈，其材料必须符合GB/T 5267.3的要求。如果组件整体进行淬火和回火处理，则可提供未经处理的垫圈；在这种情况下，化学成分可根据GB/T 9074.1进行约定。

对于按照GB/T 97.5标准进行表面硬化处理的自攻螺钉组件，垫圈的碳含量不应超过0.12%。每个生产批次必须使用同一炉次的材料。

不适用。
^一个 发生纠纷时，进行产品分析。
^b 对于装配垫圈，参见 GB/T 9074.1 或 GB/T 97.4；成分和回火温度可协商。
^c 对于特殊应用（例如热浸镀锌），成分和回火温度可协商确定。
^d 最大硼含量为 0.003%，如果硼含量不理想，则由钛/铝控制，最高可达 0.005%。
^e 200 HV 垫圈可以使用合适的原材料，或者在制造后进行淬火和回火；如果符合表 3 的要求，则由制造商进行加工。
^f 材料在回火前必须具有足够的淬性，使芯部形成~90%马氏体。
^克 碳钢可能含有铬、锰、镍等元素。
^h 合金钢至少含有以下一种元素：Cr 0.30%、Mn 0.20%、Ni 0.30%、V 0.10%、Mo 0.08%、B 0.0008%。对于组合，各元素的最小值之和至少为 70%。
^我 有关氢脆，请参阅 GB/Z 41117。

材料规格确保垫圈达到所需的硬度和耐久性。碳含量限制了强度控制，而低磷和低硫含量则最大限度地降低了脆性。合金元素增强了高等级垫圈的淬透性。回火温度可防止过度硬化，从而降低开裂风险。本节指导制造商选择性能稳定的钢材，这在汽车等对抗振性能要求极高的行业中至关重要。符合相关标准可确保镀锌兼容性，避免涂层附着力失效等问题。

机械和物理性能

指定性能等级的平垫圈必须在环境温度下满足表 3 中的机械和物理性能要求，无论是在制造过程中测试还是在最终检验过程中测试。

第 6 章提供了适用的测试方法和仲裁程序，以验证是否符合表 3 的规定。对于 380 HV 级垫圈，当有规定时，需要按照附录 A 进行延展性测试。

^一个 380 HV 不符合现行产品标准；需经协商使用。
^b 超过 250 HV 的最大电压不构成拒收理由。
^c 对于滚花或带肋垫圈，限制条件与 380 HV 相同。
^d 根据 6.2.3 规定在横截面上测量；距支撑面 0.1 毫米处的硬度 ≥ 中心硬度 – 30 HV。
^e 取较小者。
^f 按横截面测量 6.3；距支撑面 0.1 毫米处的硬度 ≤ 中心硬度 + 30 HV。

这些特性确保垫圈在承受压缩载荷时不会变形或失效。硬度范围兼顾强度和延展性，防止开裂。脱碳和渗碳控制维持表面完整性，这对涂层垫圈的耐腐蚀性至关重要。回火限值验证热处理的充分性。在实际应用中，这些规格确保了连接的可靠性，例如在振动可能导致连接松动的机械设备中。符合第六章规定的测试保证了产品质量。

测试方法

硬度测试

一般的

硬度测试旨在验证淬火回火垫圈是否符合表 3 中的最小/最大值和材料要求。适用于所有等级，除装配后处理过的垫圈外，均在收到状态下进行测试。

根据表 4，在合适的表面或横截面上进行加工。

^一个 对于按要求进行的 200 HV 淬火和回火，如果存在争议，则通过横截面测试进行仲裁。

表面维氏硬度

根据图 1 所示的等级和厚度选择试验载荷。如果没有合适的维氏载荷，则使用洛氏载荷。

例如：对于 0.3 毫米厚的 300 HV 垫圈，使用 HV5。

 表面洛氏硬度

根据图 2 所示的等级和厚度选择载荷。如果没有合适的洛氏载荷，则使用维氏载荷。

例如：对于 0.5 毫米厚的 380 HV 垫圈，使用 294 N (HR30N)。

测试程序

去除涂层/氧化物，在支撑面上以半半径处进行测试。对于镀锌表面，去除过渡层。如果尺寸允许，在 120° 角处取三个读数的平均值。

100HV、140HV、200HV的要求

常规：按照 6.1.2，满足表 3。仲裁：维氏硬度按照图 1 进行；对于 t_eff > 0.5 mm，较低载荷 ≥ HV1。

300HV、380HV的要求

例行程序：按照 6.1.2 规定，满足表 3 的要求。仲裁：按照 6.1.3 规定进行横断面仲裁。

径向截面硬度试验

一般的

根据 GB/T 4340.1，淬火回火垫圈的维氏硬度。

程序

取孔中心径向截面，包埋/镶嵌，研磨/抛光，用于金相分析。按图3所示在截面中部进行测试；如有可能，至少取三个点的平均值。

1：测试区域（半径为 0.25 t_eff）。

要求

符合表 3。如果 0.25 t_eff 半径内的差异 > 30 HV，则根据表 2 验证 ~90% 马氏体。

脱碳试验

一般的

可检测 300 HV 滚花/肋状垫圈和所有 380 HV 垫圈的表面脱碳情况。面积见图 4。

1：支撑面；2：完全脱碳层；3：部分脱碳层；4：基材；x：无测试区域。

金相法

样品制备

去除涂层，取径向截面，包埋/镶嵌，研磨/抛光。注意：用 3% 硝酸酒精溶液蚀刻以显示变化。

程序

以 100 倍放大倍率观察；用标尺或目镜测量。

要求

表 3 中的最大 G 值。

硬度法

样品制备

对于 t ≥ 0.4 mm；按照 6.2.2.1 制备，无需蚀刻。

程序

使用 HV0.3 (2.942 N) 测量图 5 中的 1 点和 2 点。

不脱碳：HV(2) > HV(1) – 30 HV；不碳化：HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV。1：中心；2：距表面 0.1 毫米。

要求

HV(2) ≥ HV(1) – 30 HV。注：不适用于表 3 中的最大 G 值。

渗碳试验

一般的

检测 300 HV 滚花/带肋垫圈和所有 380 HV 垫圈在热处理过程中的表面渗碳情况，t ≥ 0.4 mm。测量径向截面硬度。

程序

按照 6.2.2.1 进行制备，无需蚀刻；按照图 5 用 HV0.3 进行测量。

要求

HV(2) ≤ HV(1) + 30 HV。超过此值表示渗碳。此外，根据表 3，支撑面硬度 ≤ 370 HV0.3（300 HV），≤ 450 HV0.3（380 HV）。

复火试验

一般的

验证 300 HV 和 380 HV 垫圈热处理中的最低回火温度。

程序

在图 3 区域（三个点）测量维氏硬度。在低于表 2 规定温度 10°C 的条件下进行回火，保温 30 分钟；在同一区域重新测量。

要求

回火后平均硬度降低<20 HV。

通过标准化的测试程序确保垫圈的质量，这对可靠性至关重要。硬度测试验证材料强度，而脱碳/渗碳检查则防止表面缺陷。回火处理验证热处理效果，避免脆化。这些方法符合国际惯例，从而实现一致的生产。

标记

一般的

按照本文件制造的垫圈，只有完全符合第 3 章的规定，才能进行标记。

垫圈标记

由制造商决定或双方协商确定；如双方协商一致，则需包含制造商 ID 和性能等级。使用自有 ID 的经销商也被视为制造商。不得采用凸起标记；不建议采用凹陷标记，因为凹陷标记会造成扭矩夹紧效应或应力集中。应使用激光等耐用标记方法。根据表 5 中的代码或时钟符号标记等级。

包装标记

所有包装都必须贴有制造商/销售商 ID、第 3 章规定的性能等级以及 GB/T 3099.4 规定的批号标签。

标识确保可追溯性，这对质量控制和责任追究至关重要。它能防止假冒产品，并有助于产品召回。在供应链中，正确的标识有助于库存管理和合规性验证。

附件A：380 HV性能等级垫圈的延展性测试

A.1 总则

判断垫圈在生产过程中是否变脆。可应客户要求进行检测，适用于包括涂层在内的成品垫圈。

A.2 测试程序

使用支撑和压头，压头角度α根据厚度而定；最小硬度60 HRC，表面经研磨。对于同心圆垫圈，采用如图A.1所示的锥形接触。对于其他形状的垫圈，采用如图A.2所示的V形接触。将垫圈放入装置中；先拆卸组件。对齐轴线。持续施加轴向载荷直至完全接触；保持2分钟，然后卸载。

A.3 要求

无断裂。如有损坏，切开断裂面；断裂成两部分表明断裂。

本附件验证了高硬度垫圈的延展性，防止其在使用过程中发生脆性断裂。这对于安全至关重要的应用至关重要，可确保垫圈在受力情况下变形而不断裂。

常问问题

1. 根据该标准，平垫圈的适用温度范围是多少？ 建议使用温度为-50°C至+150°C。如需在高达+300°C的极端温度下使用，请咨询专家以评估其性能保持情况。
2. 如何为我的螺栓组件选择合适的性能等级？ 请参阅表 1 中的推荐组合 (RC)。避免使用灰色区域，以防止出现可能导致接头失效的不匹配情况；如果使用脚注 d 中的组合，请验证设计。
3. 如果我的垫圈需要热浸镀锌怎么办？ 材料必须符合GB/T 5267.3标准。特殊应用中，化学成分和回火处理可能需要供应商和买方达成协议。
4. 为什么脱碳测试对于高性能车型很重要？ 过度脱碳会削弱表面强度，增加负载下的失效风险。测试确保符合表 3 中的限值，尤其对于 380 HV 型垫圈而言，能够保持其完整性。
5. 我可以在没有协议的情况下使用380 HV洗衣机吗？ 不，因为它们不符合现行产品标准。使用时需要遵循相关规范，并考虑设计因素以避免弯曲或拉伸应力。
6. 回火试验如何确认热处理质量？ 它检查额外回火后的硬度降低是否≤20 HV，验证原始工艺是否满足表2中的最低温度，防止脆化。