1.緊固件性能分類
(1)物理性能:材料的物理性能是材料固有的特性,基本不會變化。即使加工為成品,也不會有太大的變化。如密度、熱膨脹系數(shù)、電阻率、熱導率、磁導率等。
(2)機械性能:材料和緊固件的機械性能,反映了當它承受一定載荷時,所作出反應的能力,如:抗拉強度、屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率及硬度等。緊固件在生產(chǎn)過程中,經(jīng)過原材料改制(冷拔)、冷傲、冷擠、沖壓、縮徑、或熱壓、搓(滾)絲等加工過程及熱處理,最終成為成品。這時,它的各項機械性能指標,與未加工的原材料相比,已經(jīng)有了較大的變化,并達到了某種緊固件產(chǎn)品機械性能所規(guī)定的要求。
(3)工作性能:緊固件的工作性能,是通過加工過程而獲得的功能設計特性,使緊固件能夠滿足和適應該類產(chǎn)品,在工作中的某些特定的要求。工作性能包括:扭矩、鎖緊性能、彈性等,緊固件的工作性能,也是通過材料的選擇及冷、熱加工過程面獲得并增強的。
2.外螺紋緊固件(螺栓、螺釘和螺柱)機械性能的主要項目
(1)抗拉強度:抗拉強度是一件緊固件成品在破壞前或在開始破壞的同時,所能承受的施加在它上面的**的拉力載荷除以“螺紋公稱應力截面積”的數(shù)值??估瓘姸纫话闶怯谩皯Α敝当硎?,在美制緊固件中,它的單位為:磅/英寸(psi) 或千磅/英寸*(ksi) 。如果需要了解某一緊固件產(chǎn)品,所能承受的拉力載荷值,則將該抗拉強度值(應力值)乘以螺紋公稱應力截面積即可。在美制緊固件中, 拉力載荷的單位為磅力(lbf) , 抗拉強度與拉力載荷的關(guān)系, 可以用下面公式來表達:
拉力載荷一抗拉強度×螺紋公稱應力截面積。
米制緊固件與美制緊固件抗拉強度、拉力載荷的換算關(guān)系如下:
1lbf=4.448N或1N-0.2248lbf,另外, 1ksi=6.89N/mm(PM a) .
為了便于讀者對美制與米制力學單位的換算,這里把幾個主要的換算關(guān)系列在下面:
60ksi=413.6N/mm90ksi=620.05N/mm100ksi=688.94N/mm
105ksi=723.45N/mm3120ksi=826.73N/mm150ksi=1033.4N/mm
170ksi=1171.2N/mm3175ksi=1205.6N/mm3180ksi=1240.2N/mm
請讀者牢記上面這幾個換算關(guān)系,因為美國緊固件標準采用的計量單位都是英制系列,讀者若需要使用米制單位,則需自己進行換算。螺栓楔負載試驗是檢驗螺栓抗拉強度的最普遍、最重要的應用方法。對實物螺栓進行楔負載試驗,在測得最小抗拉強度的同時,也對螺栓的塑性;“頭桿結(jié)合強度”做了考核。
(2)屈服強度、規(guī)定非比例伸長應力;屈服強度是當一件緊固件產(chǎn)品產(chǎn)生規(guī)定大小的水久性變形時,所承受的拉力載荷下的應力值。當緊固件達到屈服強度時,它已進人塑性變形范圍。這里需要指出:低強度產(chǎn)品在承受拉力載荷時,可以出現(xiàn)屈服現(xiàn)象,能夠測量出屈服強度,高強度產(chǎn)品由于沒有物理屈服現(xiàn)象,測不出屈服強度,而應測量“規(guī)定非比例伸長應力”。
(3)保證載荷:保證載荷是緊固件必須承受的、不發(fā)生**變形時的拉力載荷。保證載荷是一個韌性指標,是對墊處理工藝中淬透性指標的考核。它是一個絕對值,不可能是一個**值或最小值。保證載荷對應的應力值為保證應力,對于大多數(shù)強度等級的緊固件,保證載荷一般取其最小屈服強度的90%~93%,即:保證載荷=(0.9~0.93)X最小屈服強度(或規(guī)定非比例伸長應力).
(4)斷后伸長率與斷面收縮率:斷后伸長率與斷面收縮率是反映和衡量緊固件產(chǎn)品在破壞之前的變形能力。斷后伸長率與斷面收縮率是衡量緊固件所用材料塑性大小的指標。伸長率越大,均勻變形能力越強,塑性越好。斷面收縮率是指試樣拉斷后,縮輕處橫截面積**減縮量與原始橫截面積之比。收縮率越大,不均勻變形能力越強,塑性也越好。斷后伸長率和斷面收縮率只能通過對“機加工試件”做拉力試驗測得。
(5)沖擊韌性:沖擊韌性是衡量緊固件在承受沖擊時的能力,
(6)抗剪強度:抗剪強度是緊固件在破壞前,承受的垂直于軸心線的**載荷的能力。它也是一個應力值。一般情況下,碳鋼緊固件的抗剪強度取其最小抗拉強度的60%,
(7)抗扭強度:抗扭強度一般用最小破壞扭矩來表示。它是針對小規(guī)格、且短而不能進行拉力試驗的螺栓、螺釘,一項補充的檢測項目。另外對自攻螺釘類產(chǎn)品和鎖緊紫固件來講,它是一項非常重要的檢測項目。
(8)疲勞強度:疲勞強度是衡量緊固件在破壞前,所能承受規(guī)定的、重復多次的**載荷的能力,同樣它也是一個應力值。
(9)硬度:硬度是衡量緊固件抵抗磨損和外力壓人能力的量度。由于各種硬度試驗方法及硬度試驗機使用范圍的局限性,而且材料和產(chǎn)品硬度范圍從低到高比較廣,因此無法采用一種硬度
試驗方法,來檢測從低到高的各種性能等級的緊固件。所以在緊固件性能標準中,規(guī)定了洛氏硬度(HRC、HRB) 、布氏硬度和維氏硬度三種硬度試驗方法。美制緊固件表面硬度采用HR30N的維氏硬度計,綜上所述,外螺紋緊固件機械性能指標和檢測項目,可以分為以下幾大類:
(1)強度指標:抗拉強度、規(guī)定非比例伸長應力或屈服強度、保證應力、抗剪強度、抗扭強度、疲勞強度等。
(2)塑性、韌性指標:斷后伸長率、斷面收縮率、楔負載強度、頭桿結(jié)合強度、沖擊韌性等。
(3) 硬度:這里硬度是指一般的常規(guī)硬度。分為洛氏硬度(HRC、HRB) 、布氏硬度(HB) 和維氏硬度(HV)三種標尺度值。
(4)其他檢測項目:最高表面硬度、螺紋脫碳層、沖擊吸收功、回火后硬度降低值(通過再回火試驗測得)、表面缺陷等。不是所有的緊固件品種或產(chǎn)品都要全面測試上述各項指標。具體某一產(chǎn)品究竟要檢測哪幾項指標,要根據(jù)后面介紹的各性能標準中的具體規(guī)定。
3.內(nèi)螺紋緊固件(螺母)機械性能的主要項目
(1)保證載荷:保證載荷是螺母必須承受的,而不產(chǎn)生螺紋脫扣或螺母壁開裂跡象的軸向載荷,它是一個絕對值,沒有**值或最小值,一般情況下,當施加的載荷達到螺紋脫扣載荷的95%時,螺紋變形就會影響螺紋配合。
(2)錐形保證載荷:錐形保證載荷是將螺母置于錐角為120°的淬硬錐形墊圈上進行試驗時,螺母必須承受,并且不應發(fā)生螺紋脫扣或產(chǎn)生螺母壁開裂跡象的軸向載荷。此項試驗用以測定表面缺陷(鍛造裂縫或裂紋)對螺母性能的影響。
(3)硬度:硬度是抵抗磨損和外力壓人能力的量度。同樣,標準中對螺母硬度也是規(guī)定了洛氏、布氏和維氏三種硬度值,詳見后面介紹的螺母各性能標準。
(4)其他檢測項目:表面缺陷等。