关于紧固件性能检测，你了解多少

　　紧固件是将两个或两个以上零件或构件紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称，是目前应用极为广泛的一类机械零件，素有“工业之盐”之称。紧固件连接属于可拆连接，具有受力性能好、承载能力强、耐疲劳、拆装方便、结构简单、成本低等优点，被大量应用于工程机械、建筑工程、轨道交通、电力、航空航天等行业领域，一台计算机主机的紧固件不少于25个，一台汽车发动机的紧固件有200多个，一套风力发电机上的紧固件达1000多个，一节地铁车厢上的紧固件有2000多个，一驾中型飞机上各类紧固件多达300万个，许多设备的关键部位采用的都是紧固件连接，所以紧固件的可靠性和安全性非常重要。

　　紧固件的特点是品种规格繁多，性能用途各异，而且标准化、系列化、通用化的程度极高，通常也称为“标准件”。紧固件的种类很多，按其特点主要分为：螺栓、螺钉、螺柱、螺母、自攻螺钉、木螺钉、销、垫圈、挡圈、铆钉、组合件和连接副等。

　　紧固件是重大技术装备研制与运维的重要基础，直接决定着装备的性能、水平、质量和可靠性，紧固件检测技术是保障核心零部件及其配套主机产业高质量发展的重要基础，提高产品质量保证水平的关键。为确保紧固件性能指标符合标准要求，需要在研发设计阶段、制造阶段、出货阶段以及使用过程中对紧固件性能进行检测。紧固件通常需要进行以下检测：

一、扭矩-夹紧力试验

　　螺纹紧固件的功能，是通过施加一定的扭矩，在螺栓或螺钉上产生相应的预紧力，保证被连接牢固的连接在一起不松动，同时又可拆卸以便于维修。预紧力的大小是保证连接质量的重要因素，而影响预紧力的主要因素除了使用的工具及拧紧方法外就是紧固件本身的摩擦系数。扭矩-夹紧力试验是对紧固件连接副实施的综合性能试验，试验在摩擦系数试验机进行，试验时将紧固扭矩平稳地作用于螺栓-螺母连接副或螺钉-螺母连接副以产生夹紧力，测量其紧固特性，包括总摩擦系数、螺纹摩擦系数、支承面摩擦系数、屈服夹紧力、屈服紧固扭矩、扭矩系数等一系列参数。常用的检测标准有：GB/T 16823.3-2010、GB/T 1231-2006等。

二、横向振动试验

　　紧固件横向振动试验主要是测定紧固件连接副在一定频率和振幅的横向动态载荷下的自锁性能(防松性能)，广泛适用于汽车紧固件、航空紧固件、风电紧固件、铁路紧固件等各类紧固件的防松量化。试验在紧固件横向振动试验机上进行，将被试紧固件拧紧在试验装置上，使之产生一定的夹紧力。借助于试验机在被加紧两金属板之间产生的交变横向位移，使连接松动，导致夹紧力减小甚至完全丧失。连续记录夹紧力的瞬时值，根据记录数据的分析对比可以判定紧固件的防松性能。在试验过程中，夹紧力减小的越慢，防松性能越好;反之，夹紧力减小得越快，防松性能越差。常用的检测标准为GB/T 10431-2008。

三、尺寸和几何精度测量

　　紧固件的尺寸和几何精度测量主要依据产品相关的国标或技术要求(协议、规范及图纸要求等)进行检查，常用的检测标准有：JB/T 9151.1至JB/T 9151.7系列标准、GB/T 28703-2012、GB/T 3103.1-2002、GB/T 3177-2009等。常用的检测仪器有：三坐标、影像测量仪、螺纹千分尺、螺纹环规、游标卡尺、外径千分尺等。检测的参数随紧固件产品而不同，螺栓通常检测的参数有：内外螺纹的大径、中径和小径、公称长度、螺纹长度、对边宽度、对角宽度、头部高度、头部直径、头下圆角半径等。

四、成品楔负载试验

　　紧固件成品楔负载试验主要是测定螺栓和螺钉成品的抗拉强度和头与无螺纹杆部或螺纹部分交接处的牢固性。常用的检测标准有：GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.23-2020、NB/T 31082-2016、GB/T 1228-2006、GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008等，主要是通过拉力试验机进行试验，需要配备试验专用夹具及不同角度的楔垫。楔负载试验是将专用楔垫夹具置于试样头下，在拉力试验机上对试样施加轴向载荷，拉力试验应持续到试样发生断裂，断裂应发生在杆部或未旋合的螺纹长度内，而不应发生在头部和头杆交接处。

五、拉伸试验

　　拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。通过拉伸试验得到的强度和塑性性能数据，对紧固件设计和选材、产品的质量控制都有很重要的参考价值。紧固件中需要做拉伸试验的产品主要有螺栓、螺钉和螺柱，螺栓、螺钉和螺柱的拉伸试验分为成品拉伸试验、机械加工试件拉伸试验。常用的检测标准有：GB/T 228.1-2021、GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.23-2020、NB/T 31082-2016、GB/T 1228-2006、GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008等，主要是通过万能材料试验机进行试验。螺栓、螺钉和螺柱成品拉伸试验有几种情况：为测定抗拉强度的拉力试验、为测定伸长率和0.0048d非比例延伸应力的拉力试验、头部弱的螺栓和螺钉拉力试验、腰状杆紧固件拉力试验等。机械加工试件拉伸试验需要按标准制取标准试样，测定最小抗拉强度、下屈服强度或0.2%非比例延伸应力RP0.2、断后伸长率、断面收缩率。

六、成品保证载荷试验

　　保证载荷，是指螺纹产品实物不产生明显塑性变形所能承受的极限载荷，该值由产品的螺纹应力截面积和保证应力的乘积确定。紧固件需要做成品保证载荷试验的产品有：螺栓、螺钉和螺母。螺栓和螺钉的保证载荷试验方法是对产品实施规定的保证载荷试验，并测量由保证载荷产生的永久伸长量。螺栓和螺钉保证载荷试验常用的检测标准有：GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.23-2020、DL/T 1236-2021、NB/T 31082-2016、GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008等。螺母保证载荷试验常用的检测标准有：GB/T 3098.2-2015、GB/T 3098.9-2020、DL/T 1236-2021。保证载荷试验主要是通过万能材料试验机进行试验，并配备试验要求的夹具及长度测量装置。螺栓和螺钉保证载荷试验前后的永久伸长量不能超过±12.5μm。

七、破坏扭矩试验

　　对于螺纹规格小于M3的螺栓和螺钉，因受螺纹精度和试验装置精度的影响，准确的判定断裂载荷和保证载荷是不可能的，标准中也未规定最小拉力载荷与保证载荷的螺栓与螺钉;规格大于M3到M10的螺栓和螺钉，由于长度太短而不能实施拉力试验。GB/T 3098.13-1996标准中规定了M1~M10螺栓和螺钉的最小破坏扭矩，可实施破坏扭矩试验。破坏扭矩试验是将螺栓与螺钉样件夹紧在试验装置中，连续、平稳施加扭矩，测定其破坏扭矩值。

八、硬度试验

　　硬度是材料软硬的一个重要技术指标，是抵抗其它物体压入其表面的能力，是金属表面抵抗变形和破坏的能力。硬度试验为紧固件最常检测的项目，对于无法进行拉伸试验的紧固件，可以进行硬度试验，以验证热处理工艺，并确保硬度不超过紧固件标准允许的硬度范围。如果紧固件产品的硬度超过最大允许水平，紧固件在使用过程中就会发生脆化。常规的硬度检查通常是在合适的表面或穿过紧固件螺纹特定区域的横截面上进行的，常测的硬度有维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度。硬度试验常用的检测标准有：GB/T 4340.1-2009、GB/T 231.1-2018、GB/T 230.1-2018、GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.2-2015、GB/T 3098.23-2020、DL/T 1236-2021、GB/T 121-1986、NB/T 31082-2016、GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008等。进行表面硬度试验的试样表面应平坦光滑，试验面应无氧化物及外来污物，尤其不应有油脂。

九、冲击试验

　　冲击试验是将规定几何形状的缺口试样置于冲击试验机两支座之间，试样缺口背于打击面放置，采用摆锤单次打击试样使试样破断，测定试样的吸收能量，验证材料的韧性。紧固件需要做成品保证载荷试验的产品有：螺栓、螺钉和螺柱，冲击试验通常是在低温条件下，一般是在-20℃下进行。冲击试样需要制成标准试样，试样缺口根据标准的规定，为V型或U型。冲击试验常用的检测标准有：GB/T 229-2020、GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.23-2020、DL/T 1236-2021、NB/T 31082-2016、GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008等。

十、金相分析

　　紧固件产品通常需要进行金相分析的试验项目有：脱碳试验和表面缺陷。

　　脱碳试验主要是测定紧固件淬火并回火后表面脱碳情况与脱碳层深度。可采用金相法或硬度法，金相法可测定螺纹全脱碳层的深度及螺纹未脱碳层的高度。金相法试样应从完成全部热处理工序并应去除镀层或其他涂层后的紧固件上制取，通常在穿过紧固件螺纹特定区域的纵截面上截取，再使用镶嵌机和磨抛机对试样制成金相试样，通过金相显微镜观察。常用的检测标准有GB/T 224-2019、GB/T 3098.1-2010、GB/T 3098.23-2020、DL/T 1236-2021、NB/T 31082-2016、GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008等。

　　表面缺陷试验可以采用非破坏性检查和破坏性检查两种方式，非破坏性检查主要是目视检查，检查产品外观是否存在标准规定的明显缺陷。破坏性检查即采用金相法，需使用镶嵌机和磨抛机对试样制成金相试样，在金相显微镜下观察。常用的检测标准有GB/T 5779.1-2000、GB/T 5779.2-2000、GB/T 5779.3-2000。

十一、化学成分分析

　　紧固件材料中化学元素的种类和配比不同直接决定了材料是否能通过后续的处理而达到要求的性能，选材不当会导致紧固件的过早失效，进而可能会发生重大事故，因此化学成分分析尤为重要。化学成分分析主要是测定紧固件材料中各种化学元素的含量，最常检测的元素有：碳C、硅Si、锰Mn、磷P、硫S、铬Cr、镍Ni、铜Cu等，常用的分析仪器有直读光谱仪、碳硫分析仪、电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)等，常用的检测标准有：GB/T 4336-2016、GB/T 11170-2008、GB/T 20123-2006、GB/T 20125-2006等。

十二、腐蚀试验

　　腐蚀试验是使用腐蚀试验箱模拟紧固件产品实际工状腐蚀环境，测定产品的腐蚀性能，验证产品抗腐蚀的能力，评估产品的使用寿命，其耐受时间的长短决定耐腐蚀性能的好坏。常做的腐蚀试验有中性盐雾试验、乙酸盐雾试验和铜加速乙酸盐雾试验，常用的检测标准为GB/T 10125-2021。

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