緊固件材料選擇

1、緊固件材料選擇緊固件材料選擇緊固件材料選擇（譯自美國Fastenal的TechnicalReferenceGuide）沒有一種在任何環(huán)境下都合適的緊固件材料。在眾多能夠使用的材料中選擇正確的緊固件材料看起來是一件可怕的任務(wù)，需要仔細(xì)考慮給定的強(qiáng)度、溫度、腐蝕、振動、疲憊和很多其他不確定因素。因此，具備和理解一些基本知識，才能產(chǎn)生滿足的結(jié)果。1機(jī)械性能大多數(shù)緊固件都需要承受或傳遞外部提供的載荷。假如僅涉及到強(qiáng)度，緊固件材料通常采用碳鋼。9

2、0%以上的緊固件用碳鋼制造?？紤]到原材料本錢，一般情況下，只有在有特殊應(yīng)用要求時才考慮有色金屬。1.1抗拉強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)螺紋緊固件最相關(guān)的機(jī)械性能是抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度是緊固件預(yù)定可以承受或斷裂時的最大加載拉力載荷（見圖1）。緊固件可以承受的拉力載荷由下面的公式計算：P=StxAs其中：P=拉力載荷（lb，N）St=抗拉強(qiáng)度（psi，MPa）As=應(yīng)力截面積（sq.in，sq.mm）例：3410X7″SAEJ4295級六角螺栓（St和As值見

3、附錄）St=120000psiAs=0.3340sq.inP=120000psix0.3340sq.in=40080lb(St和As值可在附錄中查找)在這個式中，As作為一個重要因素定義為應(yīng)力截面積。當(dāng)螺紋緊固件在單純受拉失效時，其代表性的斷裂都在螺紋部分（這就是最小截面積特性）。應(yīng)力截面積是通過一個包括緊固件公稱尺寸和螺距的經(jīng)驗公式計算出來的，提供在附錄的表中。圖1.應(yīng)力應(yīng)變圖1.2保證載荷保證載荷表示標(biāo)準(zhǔn)緊固件可以使用的強(qiáng)度范圍，保

4、證載荷是一個緊固件必須承受且不會出現(xiàn)永久變形時加載的拉力載荷。換句話說就是，當(dāng)載荷往掉時，螺栓可以回復(fù)到初始狀態(tài)。圖1所示為螺栓在加載拉力載荷時的典型應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。鋼材拉伸時有確定的彈性模量，假如緊固件處于彈性范圍內(nèi)，往掉載荷后，緊固件總是回復(fù)到初始狀態(tài)。可是，假如載荷超過了緊固件的屈服點，就將進(jìn)進(jìn)塑性范圍，此時，即使往掉載荷，鋼材也不會回復(fù)到初始狀2材料2.1碳鋼90%以上的緊固件用碳鋼制造。鋼材具有極好的加工性能，獲得各種強(qiáng)度性能組

5、合的范圍非常寬廣，與其它常用于緊固件的材料相比，本錢更低。機(jī)械性能對材料中碳的含量很敏感，通常碳含量小于1%。就緊固件而言，大多數(shù)普通鋼材被分類為三組：低碳鋼、中碳鋼和合金鋼。2.1.1低碳鋼低碳鋼碳含量一般小于0.25%，并且不能通過熱處理進(jìn)步強(qiáng)度，只能通過冷加工（冷作硬化）來進(jìn)步強(qiáng)度。相對來說低碳鋼材料很柔軟，但具有明顯的塑性和韌性，而且機(jī)加工和焊接本錢相對較低。典型的低碳鋼屈服強(qiáng)度為40000psi，抗拉強(qiáng)度為60000～8000

6、0psi，塑性為25%的伸長率。經(jīng)常使用的材料包括ANSI1006、1008、1016、1018、1021和1022。SAEJ4291級和ASTMA307A級是低碳鋼強(qiáng)度等級，性能基本相同。ASTMA307B級是用于管道和法蘭螺栓的特殊低碳鋼等級，除規(guī)定了最大抗拉強(qiáng)度外，性能與A級非常相似，這樣的原因是為了保證，螺栓因疏忽導(dǎo)致安裝超擰時，在鑄鐵法蘭、閥、泵和昂貴的長管道破壞之前先斷裂。SAEJ4292級是由于冷加工（冷鐓）而改善了強(qiáng)度性

7、能的低碳鋼強(qiáng)度等級。2.1.2中碳鋼中碳鋼碳含量在0.25%～0.6%之間，它們可以通過奧氏體化熱處理，淬火和回火（調(diào)質(zhì)）來改善機(jī)械性能。普通中碳鋼淬透性差，只有在薄的區(qū)域和快速淬火冷卻時才能成功進(jìn)行熱處理。因此，緊固件的最后性能受尺寸影響。請留意，在SAEJ4295級，ASTMA325和ASTMA449技術(shù)規(guī)范中，強(qiáng)度性能隨著直徑的增大逐步降低。在強(qiáng)度本錢之間，中碳鋼熱處理給效益帶來了極大的負(fù)擔(dān)。中碳鋼屈強(qiáng)比很低，因此有很好的塑性。普

8、通中碳鋼包括ANSI1030、1035、1038和1541。2.1.3合金鋼當(dāng)錳（Mn）含量超過1.65%、硅(Si)或銅（Cu）含量超過0.6%，或鉻(Cr)含量低于4%時，碳鋼可以分類為合金鋼。假如規(guī)定了鋁（Al）、鈦(Ti)、釩(V)、鎳(Ni)的最小含量，或其它任何附加元素達(dá)到了特有成分，碳鋼也可以分類為合金鋼。增加鉻(Cr)、鎳(Ni)和鉬（Mo），改善了合金鋼的熱處理能力，增加了更多的強(qiáng)度與塑性（屈強(qiáng)比）組合種類。SAEJ4

9、298級、ASTMA354BD級、ASTMA490、ASTMA194B7級是合金鋼緊固件的所有常見范例。2.2不銹鋼不銹鋼是含鉻(Cr)量不小于10.5%的鐵基合金。鉻(Cr)使材料表面產(chǎn)生一層透明的抗氧化薄膜，使材料“鈍化”或耐腐蝕。其它元素，象鎳(Ni)或鉬（Mo）的加進(jìn)，可以增加耐腐蝕、強(qiáng)度或耐熱性能。不銹鋼按顯微組織能簡單公道地分為三類：奧氏體、馬氏體和鐵素體，它們都有特有特性和等級或“型號”。也可以加進(jìn)更多合金來改變化學(xué)成分以