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前言

在緊固件的質(zhì)量管控中會進行一些測試，以確保產(chǎn)品符合相關(guān)標準的要求，從而在使用中實現(xiàn)*佳性能。硬度測試是評估緊固件部件制造工藝的常規(guī)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(guān)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(qū)域進行測試，如圖1所示，該方法可以確定母材金屬區(qū)域的高度（E）和部分脫碳區(qū)/滲碳區(qū)的檢測（2）。

圖1. 脫碳層分布圖

 

1. 全脫碳層                                 E. 基體金屬高度

2. 不完全脫碳層                          G. 全脫碳層

3. 中徑線                                    Hl. *大實體條件下外蝶紋的牙高度

4. 基體金屬

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(yōu)勢?？梢赃M行硬度測試來判定這些方法的不同。

｜硬度測試｜

 

常規(guī)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*大硬度。如果部件的硬度超過*大允許水平，部件在使用過程中就會發(fā)生脆化。常規(guī)的硬度檢查通常是在合適的表面或穿過緊固件螺紋區(qū)域的橫截面上進行的。標準規(guī)定了10千克力的*小載荷，以及在螺紋橫截面上的特定區(qū)域，如圖2所示，應在這些區(qū)域?qū)β菁y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       2. 1/2半徑區(qū)域 

圖2. 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(guān)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*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*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(guī)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(qū)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(jīng)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(guān)鍵選擇標準是緊固件的螺紋間距大小。

圖3. 脫/滲碳的3個點的示意圖區(qū)

E. 螺紋末脫碳)層高度，mm

H1. *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(guī)格，并確保不超過*大硬度。高度滲碳的區(qū)域會導致表面脆化，從而影響螺紋部件的抗疲勞性。

｜現(xiàn)代緊固件硬度評估｜

脫碳/滲碳評估

標準中規(guī)定的另一種方法是從螺紋的峰頂向螺紋的核心區(qū)域進行一系列的壓痕測試。測試結(jié)果將顯示從表面到核心區(qū)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(guān)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(jīng)超過脫碳/滲碳限值。

圖4. 結(jié)合標準中規(guī)定的傳統(tǒng)方法

進行緊固件螺紋分析的現(xiàn)代方法

螺紋軋制硬度檢查

螺紋滾壓工藝不是傳統(tǒng)的金屬加工工藝，而是通過在緊固件的螺紋周圍誘發(fā)硬化和強化來改變材料的機械性能。同樣，在緊固件制造過程中，柄部和頭部區(qū)域會發(fā)生加工硬化，對于某些合金材料，也可以對這些區(qū)域進行評估，以說明其硬度值較高。如圖5中的顯微照片所示，這些部件也可以通過硬度圖來對緊固件進行定性和定量概述。

圖5A部分緊固件螺紋，由于軋制而觀察到的晶粒流動

圖5B顯示軋制的螺紋緊固件

圖5C顯示頭部和柄部區(qū)域周圍的硬度圖

圖5D顯示了拋光截面上的晶粒流動