扣件机械的性质与强度分级

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1、实用标准文案扣件的機械性質與強度分級廖光磊摘　要　　扣件的機械性質為扣件承受荷重或外力之反應，對外螺紋扣件(螺絲、螺栓、螺樁)來說主要的機械性質是抗拉強度、降伏強度、硬度、延展性、韌性等，對內螺紋扣件(螺帽)來說主要的機械性質是硬度、保證荷重等。皆可依製造方法及治金處理之不同而有明顯的變化，除了原料需正確選擇外，還需要良好的製造程序及製造後處理，才能獲得扣件最佳的機械性質。因此扣件的機械性質與其設計製造有密切關連，同時也會影響使用的安全性及可靠性，故有必要了解扣件的機械性質與相關的強度分級。了解扣件的機械性質，試驗方法、強度分級及規範要求，有助於材料選用，扣件製程及品質的控

2、制。ISO、SAE及ASTM規範皆要求具有強度等級的扣件必須有等級及製造商的標示，俾便識別及追溯。本文探討扣件主要的機械性質、試驗方法及公英制規範的強度分級系統，以利實務應用。一、前言精彩文档实用标准文案扣件由原料製造成成品的過程中有三個重要的特性即是物理性質（物性）、機械性質與性能，這三個特性關係到扣件能否符合使用上的要求。物性是原料固有的性質，始終保持不變或僅有些微改變，例如密度、熱膨脹係數、電阻、熱傳性、感磁性等皆有其重要性，能涉及扣件材料的選用。機械性質為扣件承受荷重或外力之反應，扣件的機械性質很少與原料之機械性質相同，例如抗拉強度、降伏強度、硬度、延展性等，皆可依

3、製造方法及治金處理之不同而有明顯的變化，除了原料需正確選擇外，還需要良好的製造程序及製造後處理，才能獲得扣件最佳的機械性質。性能為扣件設計時所預期可滿足使用要求的功能，例如鎖緊能力、預置扭力、密封性及轉動扭矩等，通常可藉由製造時適當的尺寸控制而達到，且原料的選擇及治金處理也會有影響。對扣件產業而言，其中最重要的便是機械性質，其次是物理性質，扣件之所以普遍採用金屬材料製造，理由不外是因為金屬材料的機械性質優秀且又有耐久性的緣故。扣件的性能及耐久性雖然視其設計及製造之良劣而定，但是選用的材料是否適當也有很大的關係，選用材料時必須考究材料的機械性質能否滿足需求，所以扣件的設計、製

4、造及使用者應明瞭金屬材料的機械性質。機械性質通常與強度有關，大多數金屬扣件強度的分級已標準化且有一系列的規範詳加定義，例如ASTM、SAE、ISO及IFI等規範，機械性質的測試程序也已標準化，例如ASTMF606。二、抗拉強度、降伏強度抗拉強度是扣件承受一個拉伸負荷於斷裂前或斷裂時的最大荷重，亦即破壞前所能忍受的最大應力。抗拉強度與降伏強度及保證荷重皆以應力表示，英制為磅／平方英吋(psi)，公制為MPa，要轉換成荷重可將應力乘以螺紋應力面積。外螺紋扣件執行全尺寸拉伸測試最能符合需求，尤其是抗拉強度100klbf(450kN)以下的外螺紋扣件很實用，大部份的製造商皆有拉伸測

5、試設備，大於此強度的扣件則需要製成縮小尺寸的試片且是從需要測試的扣件車製而成。ASTMF606有規定試片的尺寸，必須的夾具及承受應力區域的螺紋長度。若拉伸測試的螺紋長度小於扣件標稱直徑的2.25倍時，則不適於執行拉伸測試，尺寸較短的扣件可允許僅作硬度測試。六角、六角凸緣及內六角螺絲、螺栓必須執行墊楔拉伸測試，其餘外螺紋扣件則執行全尺寸拉伸測試。兩者不同點在於墊楔拉伸測試時有一盆形硬化墊圈置放於被測扣件的頭部下方，當施加拉伸負荷時，墊楔會產生一個極大的彎曲應力集中於扣件頭部與桿部連接處，扣件必須能承受規範所要求之最小抗拉強度，且斷裂要發生在桿部或螺紋部份，不可斷在頭部與桿部連

6、接處。墊楔的角度依扣件尺寸、強度等級，頭部型式及螺紋至頭下距離區分為4°、6°及10°等三種。精彩文档实用标准文案降伏強度是扣件發生永久變形時所承受的拉力，意即材料所受應力超過其彈性限而進入塑性區，是造成非常小的塑性變形所需之應力。經由車製而成的試片因在受應力部份有相同之截面積，所以容易獲得降伏強度，然而試片的降伏強度並不同於全尺寸扣件的降伏強度，因為當試片由母材車製時無法獲得冷作之益處，而且因為在螺紋部位、螺紋磨損處及無螺紋之頸部的應變速率不同，故要測試全尺寸外螺紋扣件之降伏強度非常困難。降伏強度通常是利用橫距法求得，即從應力－應變曲線上0.2%應變處作一與彈性線平行的直

7、線，此直線與應力－應變曲線的交點所對應的應力就是降伏強度。此方法必須使用伸長計夾持於試片上以量測受力時之應變，某些材料的應力－應變曲線上有明顥的降伏點例如碳鋼扣件，其降伏強度可以直接讀取，故不必利用橫距法求得也不必使用伸長計，但無明顯降伏點的材料如合金鋼及不銹鋼扣件則須使用伸長計及橫距法求得，尤其拉伸試驗前試件的材質未知時仍需要先裝置伸長計才能獲得降伏強度。三、硬度硬度是材料抵抗磨耗及壓痕能力之量測值，即材料對於塑性變形的抵抗能力，由於硬度可用以推測扣件之機械性質且試驗非常簡單快速，也不會造成材料破壞，所以一直是規