緊固件的硬度測試

返回列表 來源：中研立華發布日期： 2021-12-31

在緊固件的質量管控中會進行一些測試，以確保產品符合相關標準的要求，從而在使用中實現最佳性能。硬度測試是評估緊固件部件制造工藝的常規測試之一，用于評估黑色金屬緊固件的滲碳和脫碳，或評估螺紋軋制工藝的影響，以及通過加工硬化對有色金屬緊固件的相關強度改進。一些ISO 和ASTM 標準，如EN ISO898，ASTM F2328M或ASTM El077，ASTM F606/M和ISO 3887，都對硬度測試的方法進行了說明。

本文將重點介紹黑色金屬材料的一些硬度測試要求，以及評估緊固件的備選方法，包括如何對有色金屬材料進行測試評估。

對于黑色金屬材料對不同區域進行測試，如圖1所示，該方法可以確定母材金屬區域的高度（E）和部分脫碳區/滲碳區的檢測（2）。

脫碳層分布圖示意

1. 全脫碳層

2. 不完全脫碳層

3. 中徑線

4. 基體金屬

E. 基體金屬高度

G. 全脫碳層

Hl. 最大實體條件下外蝶紋的牙高度

此外，螺紋滾壓工藝作為一種常見的強化方法，與螺紋加工緊固件或未滾壓螺紋的熱處理緊固件相比，滾壓工藝可將材料強度提高至少25%，并且具有將疲勞強度提高75%的額外優勢。可以進行硬度測試來判定這些方法的不同。

硬度測試
常規部件測試和回火檢查
對于無法進行拉伸測試的緊固件，可以進行硬度測試，以驗證熱處理工藝，并確保所需的硬度不超過緊固件上允許的最大硬度。如果部件的硬度超過最大允許水平，部件在使用過程中就會發生脆化。常規的硬度檢查通常是在合適的表面或穿過緊固件螺紋區域的橫截面上進行的。標準規定了10千克力的最小載荷，以及在螺紋橫截面上的特定區域，如圖2所示，應在這些區域對螺紋軸進行測試。測試也可以在頭部平面、緊固件的末端或在沒有螺紋的柄部（除去任何電鍍或其他涂層）進行。

1.緊固件軸線示意圖 2. 1/2半徑區域是一體

顯示了應進行壓痕測試的位置，以及實際的洛氏測試

另一個關鍵測試是回火檢查。這是為了確認在熱處理過程中是否達到了最低回火溫度，這在緊固件部件失效的爭端或仲裁中尤為重要。該測試包括對緊固件進行回火，將其保持在比最低回火溫度低10°C的溫度下，然后使用顯微硬度計檢查來獲得回火后的平均值。對回火前和回火后的平均值進行比較。平均硬度值的任何減少都應小于20HV。

脫碳/滲碳的硬度評估
作為常規部件測試的替代方法，黑色緊固件也可以通過硬度壓痕來評估脫碳/滲碳檢查，如圖3所示。熱處理過程中的脫碳/滲碳會導致碳的損失偏低。測試的目的是通過確定母材區高度來確定脫碳/滲碳層的深度，以及通過顯微硬度檢查確定哪里存在部分或全部脫碳/滲碳。脫碳/滲碳評估需要對緊固件進行金相制備，在螺紋軸附近進行切片，并在進行顯微硬度評估之前將樣品經過一系列的研磨和拋光處理。適用的測試力和測試標尺的關鍵選擇標準是緊固件的螺紋間距大小。

脫/滲碳的3個點的示意圖區
脫/滲碳的3個點的示意圖區

E. 螺紋末脫碳)層高度，mm

H1. 最大實體條件下外螺紋的牙高度

1&2&

3. 測量點（1是參照點）
4. 中徑線

脫碳:HV(2)≥HV(1)-30

滲碳:HV(3)≤HV(1)+30

進行滲碳評估是為了驗證是否符合所需的硬度規格，并確保不超過最大硬度。高度滲碳的區域會導致表面脆化，從而影響螺紋部件的抗疲勞性。

現代緊固件硬度評估
脫碳/滲碳評估

標準中規定的另一種方法是從螺紋的峰頂向螺紋的核心區域進行一系列的壓痕測試。測試結果將顯示從表面到核心區域的硬度變化。這將是一種值得推薦的方法，以突出核心硬度方面的相當大的變化。同樣，也可以在螺距層面進行一系列壓痕，壓痕垂直于表面，如圖4所示。在下面的圖示中使用了維氏硬度壓痕，壓痕間距設置為距表面0.120mm，每個壓痕之間的間距為0.120mm。測試程序中可以設定與芯部硬度正負30維氏/努氏硬度相關的限值，用于脫碳/滲碳評估。當超過這些限值時，會有一個圖示說明是否已經超過脫碳/滲碳限值。