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螺栓的机械性能解读

发表时间:2020-5-13 9:31:55  作者:三圆  来源:三圆  浏览量:2360

碳钢以及合金钢制造的螺栓,其性能等级可分为3.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、10.9、12.9级等多个级别。由不锈钢制造的螺栓,其性能等级根据其材质钢类和组别有50、70、80等多个级别。在不同的工况环境中选择合适的性能等级螺栓也是至关重要的,此刻小万将与您一起解读关于螺栓性能等级的基础知识。

1、性能等级标记制度

螺栓的性能等级是如何标记的?不同材质其标记是否存在区别?

◆ 由碳钢、合金钢制造的螺栓其性能标记是由点隔开的两部分数字组成
» 点左边的数字表示公称抗拉强度的1/100,公称抗拉强度用Rm表示。
» 点右边的数字表示公称屈服强度(下屈服强度ReL)或规定非比例延伸为0.2%的公称应力(RP0.2,公称)或规定非比例延伸0.004 8d的公称应力(RPf,公称)与公差抗拉强度(Rm,公称)比值的10倍。以下一张图让您明白,碳钢螺栓螺钉各性能等级的由来。

◆ 由不锈钢材质制造的螺栓性能标记是由钢的组别和性能等级两部分组成
» 第一部分:不锈钢的组别,由字母和数字组成。
字母:A-奥氏体钢 C-马氏体钢 F-铁素体钢
数字:表示该类钢的化学成分范围。
» 第二部分:不锈钢的性能等级标记,由2-3个数字组成。
该数字表示紧固件抗拉强度的1/10。
举例:A2-70
“A2”表示奥氏体不锈钢的A2组别。“70”表示产品的性能等级,其最小抗拉强度为700MPa.
关于不锈钢(奥氏体、马氏体、铁素体)螺栓机械性能可参考下表:

注:含碳量低于0.03%的低碳奥氏体不锈钢可增加标记“L” ,如:A4-80L。
进行表面钝化处理,可增加标记:“P” ,如:A4-80P。
关于不锈钢螺栓更多机械性能数据请查阅相关标准且以标准为准。

2、材质与化学成分

不同性能等级的螺栓其钢的化学成分、热处理工艺、回火温度在标准中做了相应的规定。
相关标准对于各个性能等级材料的化学成分做了极限规定,具体可参考以下列表。
» 由碳钢、合金钢制造的螺栓,其钢的化学成分极限及最低回火温度规定参见下表:

» 不锈钢材质主要有奥氏体、铁素体、马氏体。其组别及相应的化学成分规定见下表。

3、螺栓的机械/物理性能

螺栓的机械物理性能将从其抗拉强度、屈服强度、保证载荷 、硬度、最小破坏扭矩等多方面进行阐述。螺栓的机械物理性能指标涉及多种如:抗拉强度、屈服强度、保载、硬度、最小破坏扭矩等多方面综合评定。

◆ 抗拉强度:
抗拉强度是金属由均匀塑性形变向局部集中塑性变形过渡的临界值,也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。抗拉强度单位为MPa(兆帕),符号为Rm。
抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力,拉伸试样在承受最大拉应力之前,变形是均匀一致的,但超出之后,金属开始出现缩颈现象,即产生集中变形。对于没有均匀塑性变形(或很小)的脆性材料,它反映了材料的断裂抗力。
抗拉强度是通过拉伸试验到断裂过程中的最大试验力和试样原始横截面积之间的比值来计算。

◆ 屈服强度:
屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限,也就是抵抗微量塑性变形的应力。当金属材料呈现屈服现象时,在试验期间发生塑性变形而力不增加时的应力,分为上屈服强度和下屈服强度。
然而对于无明显屈服现象出现的金属材料,规定以产生0.2%残余变形的应力值作为其屈服极限,称为屈服极限。

◆ 保证载荷:
保证载荷:螺母或螺栓在做拉伸试验时,沿轴线方向施加载荷并持续十五秒。卸除载荷后,螺母不得脱扣或断裂,并且可用手将螺母旋出,或借助扳手可松开螺母(不超过半扣)。对螺栓而言,卸除载荷后螺栓无明显变长。此载荷即为保证载荷。
保证应力:保证载荷/应力截面积。
» 综上所述,碳钢、合金钢制造的螺栓其抗拉强度、屈服强度、规定非比例延伸0.2%应力以及断面收缩率等各机械性能指标可参见下表:

» 奥氏体不锈钢螺栓相关机械性能(抗拉强度、规定塑性延伸率为0.2%应力、断后伸长量)可参考下表:

» 马氏体/铁素体不锈钢螺栓相关机械性能可参考下表:

◆ 硬度:
物理学专业术语,是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力,称为硬度。硬度按其分类可分为划痕硬度、压入硬度、回跳硬度。其中压入硬度主要有维氏硬度、洛氏硬度、布氏硬度。

维氏硬度
用一个相对面间夹角为136°的金刚石正棱锥体压头,在规定载荷F作用下压入被测试样表面,保持一定时间后卸除载荷,测量压痕对角线长度d,进而计算出压痕表面积,最后求出压痕表面积上的平均压力,即为金属的维氏硬度值,用符号HV表示。

洛氏硬度
以压痕塑性变形深度来确定硬度值的指标,以0.002毫米作为一个硬度单位。其压头一般为锥角为120°的金刚石圆锥压头或硬质合金球压头。其原理为压头分两个步骤压入试件表面,经过规定的保持时间后,卸除主试验力,测量在初试验力下的残余压痕深度h,以此计算洛氏硬度。

布氏硬度
用一定大小的载荷P把直径为D的淬火钢球压入被测金属材料表面,保持一段时间后卸除载荷。载荷P与压痕表面积F的比值即为布氏硬度值,记作HB。
» 根据GB/T 3098.1 碳钢合金钢制造的螺栓、螺钉和螺柱的机械物理性能中相关硬度规定如下:

» 根据GB/T 3098.6 马氏体与铁素体不锈钢螺栓螺钉机械性能关于硬度规定如下:

◆ 最小破坏扭矩
碳钢螺栓、螺钉的破坏扭矩:
-性能等级为8.8级-12.9级、直径为1-10mm的螺栓螺钉破坏扭矩值可参考GB/T3098.13;
-适用于螺纹规格小于M3,且在GB/T 3098.1未规定最小拉力载荷与保证载荷的螺栓与螺钉;
-公称直径3-10mm,但长度太短而不能实施拉力实验的螺栓与螺钉;
-不适用于内六角紧定螺钉。
» 螺栓最小破坏扭矩值如下表:

奥氏体不锈钢螺栓螺钉破坏扭矩
» 奥氏体不锈钢螺栓螺钉最小破坏扭矩如下表:

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