ISO 898-1、ISO 3506-1、ASTM F606:測試螺紋緊固件
ISO 898-1、ISO 3506-1 和 ASTM F606 標準描述了螺紋緊固件(螺栓、螺釘和螺柱)的測試,包括鋼螺釘及其機械和物理性能,例如拉伸強度、偏位屈服(最小應力)、斷裂後伸長率和硬度。
- ISO 898-1測定了 由碳鋼和合金鋼製成的緊固件機械性能(具有特定性能等級的螺栓、螺釘和螺柱—粗牙螺紋和細牙螺紋)
- ISO 3506-1測定了由耐腐蝕不銹鋼製成的緊固件機械性能(具有指定等級和性能等級的螺栓、螺釘和螺柱)
- ASTM F606: 測定外螺紋與內螺紋緊固件、墊圈、直接拉力指示器及鉚釘機械屬性的標準測試方法
作為一些最重要的緊固件,螺栓、螺釘和螺柱不僅在工業環境中被普遍認為是重要的,在日常生活中也同樣是如此。它們用於建造複雜的機械和設備以及車輛和建築物。由於機械應力集中在這些類型的連接點上,因此緊固件的完整性極為重要。所以螺栓、螺釘和螺母皆必須遵守嚴格的安全要求。
ISO 898-1標準摘錄 | 測試方法 | 機械性能待測定 | 緊固件或試樣類型 |
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9.1 | 楔形載荷下的拉伸試驗 | 抗拉強度 | 成品螺栓和螺釘(不包括螺柱) |
9.2 | 拉伸測試 | 抗拉強度 | 螺栓、螺釘和螺柱成品 |
9.3 | 偏位降伏 (最小應力),斷裂後伸長率 | 全尺寸的螺栓、螺釘和螺柱 | |
9.4 | 抗拉強度 | 負載能力減低的螺栓和螺釘 | |
9.5 | 帶腰桿的緊固件 | ||
9.6 | 定義的試驗載荷 | 定義載荷下的應力,永久伸長量 | 螺栓、螺釘和螺柱成品 |
9.7 | 拉伸測試 | 拉伸強度, 降伏強度/偏移強度, 斷裂時的應變, 面積縮減 | 機械加工的測試件 |
9.8 | 頂部堅固性試驗 | 頂部強度 | 螺栓和螺釘 |
9.9 | 硬度測試 | 維氏、布氏或洛氏硬度 | 所有螺栓和螺釘,特別是尺寸太小而無法進行拉伸測試的螺栓及螺釘 |
9.10 | 脱碳試驗 | 表面硬度(HV 0.3) | 性能等級8.8至12.9 |
9.11 | 滲碳試驗 | ||
9.12 | 回火試驗 | ||
9.13 | 扭矩試驗 | 斷裂扭矩 | 所有螺釘除腰柄螺釘外 |
9.14 | 簡支樑衝擊測試 | 衝擊載荷下的韌性 | 由直徑 ≥ 16 mm 的螺栓、螺釘和螺柱製成的機械加工件 |
根據 ISO 898-1、ISO 3506-1、ASTM F606 對螺紋緊固件進行拉伸測試
螺紋緊固件在其產業應用方面是經過精挑細選,並仔細地融入設計中。 彈性拉伸模量和彈性負載極限的準確測定(透過拉伸測試)至關重要,因為這些值決定了安全、可靠的螺紋連接所需的極限力。
拉伸測試(章節 9.1-5 及 9.7)的所有變動範圍,都必須符合 ISO 6892-1 的要求。針對有螺紋之固定器的拉伸測試規定,在 ISO 898-1、ISO 3506-1 或 ASTM F606 等標準中都有所說明。例如測試速度不得超過 25 mm/min。此外,在量測降伏強度或偏移降伏時,使用的最高測試速度為 10 mm/min。
對於全尺寸緊固件,第 9.2 和 9.3 節中定義的用於測定偏位降伏、抗拉強度和斷裂後伸長率的試驗可以合併在一個拉伸測試中。
緊固件拉伸測試設備,符合 ISO 898-1、ISO 3506-1
決定試驗機的因素是待測試緊固件的尺寸和強度。 針對 M8 有螺紋的固定器而言,建議使用高試驗力用材料試驗機(力量為 Fmax 600kN)。 對於 M12 螺紋而言,所需的最大試驗力為 1200 kN,而對於 M18 而言,所需的試驗機最大力則為 2,500 kN。
使用硬的試樣夾具可以有效地測試成品緊固件,以及車削螺釘和螺栓與固定螺釘。 試樣與相對應的試樣治具一起插入試樣夾具中,試樣夾具可從前方自由取放,並自動以拉伸軸為中心。 對於楔形負載下的拉伸測試,可提供角度增量為 4°、6° 和 10° 的斜頭安裝座。
需要使用延伸計來測定偏位降伏對於機械加工試件的拉伸測試,可以應用任何類型的常用延伸計—從makroXtens等接觸式延伸計到光學videoXtens。
若要將試樣夾在試驗機上面,可使用有對應之接頭底座和有螺紋之底座的螺絲測試用試樣夾具,以確保其符合標準中所指定的最小試樣長度要求。
螺紋緊固件的硬度測試
允許使用Vickers (ISO 6507-1), Brinell (ISO 6506-1)或Rockwell (ISO 6508-1)方法來測定硬度。
對於維氏硬度測試,最小負載力為 HV 10。布氏硬度測試主要用 HBW 1/30 或 HBW 2.5/187.5 進行。對於洛氏硬度測試,等級 B (HRB) 用於性能等級 4.6 - 6.8 的緊固件,等級 C (HRC) 用於性能等級 8.8 - 12.9 的緊固件。評斷時,以維氏硬度試驗為準。
硬度是在橫截面上或在表面上所測量的。 在第一種情況下,從螺紋區域截取橫截面試樣。 在緊固件的軸線附近製作壓痕,由此產生的硬度也稱為核心硬度。 當在表面上測量硬度時,去除任何塗層後的表面必須是平的(例如,在頂部、緊固件末端或無螺紋柄上)。
在回火試驗中,維氏硬度在熱處理前後進行測量。 再回火後的硬度降低(如果有的話)應小於 20 維氏單位。
在脫碳和滲碳測試中,在透過螺紋軸的縱向截面上使用 2.942 N (HV 0.3) 的測試力測試硬度至維氏硬度。 螺紋區域是在三個定義的點上測量的,這些點與表面的距離不同。 測量值的差異過小或過大都表明了存在著脫碳或滲碳。
緊固件Charpy衝擊試驗
進行Charpy 衝擊測試的目的,是要量測出固定器材料在低溫下承受負載的能力。由於 Charpy V 型缺口試樣必須從緊固件上切下,因此標稱直徑必須至少為 16 毫米。標準ISO 148-1 Charpy 擺錘衝擊測試描述了這種試驗方法。