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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。

測試方法概述 屬性類別 拉伸測試 驗證負載測試 頭/頂部堅固性測試 硬度測試 扭矩測試 缺口衝擊彎曲測試 測試系統

名稱 類型 尺寸 下載

根據ISO 898-1標準進行螺紋緊固件試驗

下表提供了標準 ISO 898-1中所規定的機械試驗方法總覽。

在不同的機械測試方法中,對成品緊固件和全尺寸緊固件以及具有完全承載能力和低承載能力的緊固件進行了區分。

成品緊固件是已完成所有製造過程的緊固件。 因此它們是被完整精密加工的緊固件。

全尺寸緊固件是成品緊固件,其柄部直徑完全保留以用於拉伸測試。 故它們也被稱為全柄緊固件。 該名稱不包括輕螺栓、膨脹螺栓以及空心螺栓。

與具有相同性能等級的典型幾何形狀的螺釘不同,由於其頂部幾何形狀(所謂的弱頭螺釘),承載力低的緊固件通常無法完全承載。 這類螺絲的代號開頭為零

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
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

性能等級

螺栓和螺釘的性能等級用以點分隔的兩個數字標識。在點左側的數字是以 MPa 為單位並且除以 100 的拉伸強度。點右側的數字表示十倍的降伏點或偏位降伏比

例如,性能等級為 9.8 的螺釘將具有以下標稱值:

  • 標稱拉伸強度: Rm = 9 × 100 MPa = 900 MPa
  • 降伏率: Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0.8
  • 降伏點: Re = 0.8 × 900 MPa = 720 MPa

螺母的特性會以一個數字來表示,這是可與這個螺母配對之相對應螺絲的最高特性。舉例而言,特性 9 的螺母可與特性 9.8 以下的螺絲進行配對。

性能等級總覽

材料特性值 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9

降伏強度Re
(N/mm²)

180 240 320 300 400 480 640 720 900 1080
拉伸強度Rm
(N/mm²)
330 400 420 500 520 600 830 900 1040 1220

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。 有對應之試樣固定座的試樣會被插進試樣夾具中,並可從前方進行取放,自動對準拉伸軸的中心線。 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。

根據 ISO 898-1 對螺紋緊固件進行驗證載荷測試

定義的試驗載荷(第 9.6 節)是一種拉伸測試,僅在達到純預期測試負載時進行。 確切的測試負載取決於螺紋、緊固件的直徑和性能等級。 這些内容在ISO 898-1表格中列出。

施加試驗載荷時,試驗速度不得超過3mm/min。 負載持續維持 15 秒,如果在 ±12.5 μm 的允許測量不確定度範圍內沒有發生塑性伸長,則該緊固件通過測試。

螺紋緊固件的頂部堅固性試驗

對於頂部堅固性測試,將螺栓或螺釘以一定角度插入預鑽孔的實心塊中。 緊固件的頂部以敲擊的方式彎曲成規定的角度,試驗後不得有明顯的開裂跡象。 該試驗一般用於因緊固件太短而無法進行楔形載荷下的拉伸測試時執行。

Charpy衝擊測試僅用於如產品標準有要求,或製造商與用戶之間有相應協議之緊固件測試。

螺紋緊固件的硬度測試

允許使用Vickers (ISO 6507-1), Brinell (ISO 6506-1)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)。

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。

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。

螺紋緊固件的扭轉試驗

扭轉試驗用於測定斷裂扭矩。 ISO 898-7中描述了這些要求和方法(螺栓和螺釘的扭轉試驗和最小扭矩)。

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。

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