紧固件材料选择

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1、紧固件材料选择紧固件材料选择（译自美国Fastenal的Technical Reference Guide）没有一种在任何环境下都合适的紧固件材料。在众多能够使用的材料中选择正确的紧固件材料看起来是一件可怕的任务，需要仔细考虑给定的强度、温度、腐蚀、振动、疲惫和很多其他不确定因素。因此，具备和理解一些基本知识，才能产生满足的结果。1 机械性能大多数紧固件都需要承受或传递外部提供的载荷。假如仅涉及到强度，紧固件材料通常采用碳钢。90%以上的紧固件用碳钢制造。考虑到原材料本钱，一般情况下，只有在有特殊应用要求时才考虑有

2、色金属。1.1抗拉强度与标准螺纹紧固件最相关的机械性能是抗拉强度，抗拉强度是紧固件预定可以承受或断裂时的最大加载拉力载荷（见图1）。紧固件可以承受的拉力载荷由下面的公式计算：P=St x As其中：P = 拉力载荷（lb，N）      St = 抗拉强度（psi，MPa）      As = 应力截面积（sq.in，sq.mm）例：3/4-10X7″SAE J429 5级 六角螺栓（St和As值见附录）St = 120000 psiAs = 0.3340 sq.inP = 120000 psi x 0.3340 

3、sq.in = 40080 lb(St和As值可在附录中查找)在这个式中，As作为一个重要因素定义为应力截面积。当螺纹紧固件在单纯受拉失效时，其代表性的断裂都在螺纹部分（这就是最小截面积特性）。应力截面积是通过一个包括紧固件公称尺寸和螺距的经验公式计算出来的，提供在附录的表中。                              图1.应力-应变图1.2保证载荷保证载荷表示标准紧固件可以使用的强度范围，保证载荷是一个紧固件必须承受且不会出现永久变形时加载的拉力载荷。换句话说就是，当载荷往掉时，螺栓可以回复到初

4、始状态。图1所示为螺栓在加载拉力载荷时的典型应力-应变关系。钢材拉伸时有确定的弹性模量，假如紧固件处于弹性范围内，往掉载荷后，紧固件总是回复到初始状态。可是，假如载荷超过了紧固件的屈服点，就将进进塑性范围，此时，即使往掉载荷，钢材也不会回复到初始状态。屈服强度就是发生永久变形的这个点。假如继续加载，将达到最大强度点，这就是大家知道的终极抗拉强度。通过这点后，应力减小，紧固件继续“缩颈”和进一步伸长，伸长将最后导致紧固件在拉力点断裂。1.3剪切强度剪切强度就是加载与紧固件轴线垂直时，断裂前可以承受的最大载荷。载荷出现

5、在一个横截面上就是单一剪切，双剪切就是紧固件被三个部件剪切，载荷加在两个截面上。图2是双剪切示例。对大多数螺纹紧固件来说，即使经常用于剪切环境，剪切强度也没有作为技术要求。尽管盲铆钉采用一种单一剪切试验装置的剪切试验可称为是一个完善的标准试验程序，但还没有设计螺纹紧固件的试验技术。大多数螺纹紧固件剪切试验方法使用双剪切装置，但试验装置设计的变化导致了丈量的剪切强度散布较宽。测定材料的剪切强度，剪切面的总截面积是关键。通过螺纹的剪切面积采用应力截面积（As）。图2示例了加载剪切载荷时的两种可能性。第一种的剪切面对应于

6、螺栓的螺纹部分，剪切强度直接与有效截面发生关系，较小的面积将导致螺栓剪切强度降低。为了充分利用强度特性，首选的设计是将全部光杆安置在剪切面，如图示右边的连接。                              图2.螺栓连接剪切面硬度小于即是40HRC的普通碳钢，没有给出剪切强度时，经常采用60%的极限抗拉强度，这是曾经给出的适当的安全系数。仅用于估算。1.4疲惫强度在交变载荷下工作的紧固件会忽然或出乎意料地断裂，即使载荷远低于材料强度，这就是紧固件疲惫失效。疲惫强度是紧固件失效时可以经受的一个预定的交变应

7、力次数。1.5扭力强度扭力强度通常是用扭矩极限表示的载荷，紧固件失效是绕轴线拧断。自攻螺钉和内六角螺钉要求扭力试验。1.6 其他机械性能1.6.1硬度硬度是材料抵抗磨损和压痕的能力。布氏和洛氏硬度试验能够用来估计紧固件的抗拉强度性能。1.6.2塑性(屈强比)塑性是对持续塑性变形直到断裂的程度衡量，换句话说，它是材料断裂前的变形能力。经过很小或没有塑性变形就断裂的材料就是脆性材料。紧固件塑性的适当表示是规定的最小屈服强度与最小抗拉强度的比值，这个比值较低，则紧固件有更高的塑性。1.6.3韧性韧性是材料吸收冲击或震动载

8、荷的能力。冲击强度韧性是少有的技术规范要求，除各种航天航空产业紧固件外，ASTM A320低温环境合金钢栓接材料技术规范是要求进行冲击试验的几个级别的技术规范之一。2 材料2.1 碳钢90%以上的紧固件用碳钢制造。钢材具有极好的加工性能，获得各种强度性能组合的范围非常宽广，与其它常用于紧固件的材料相比，本钱更低。机械性能对材料中碳的含量很敏感，通常碳含量小于