高强度紧固件正确安装使用-修改 _3

高强度紧固件正确安装使用

阎振中

内容摘要：目前国内高强度紧固件的制造商比较重视生产过程，对安装使用一

般很少关注。但是，有许多失效往往是紧固件安装使用不当所造成的，这种情况必须引起重视。安装使用过程中的扭矩系数、复拧和保载是高强度紧固件很重要的三个环节，这三个环节都是因微观上细小的变化而直接影响到连接副的安装的成败。三者相互关联，但又有各自的特点。因此，在此提醒紧固件制造厂，必须对安装使用中的三个环节引起高度重视。

重要件、轻辅件；重制造、轻安装是中国制造业的特点，也是阻碍中国产品向中高端发展的重要障碍。紧固件的制造业也同样存在这一问题。高强度紧固件的制造，虽然已经受到业内外制造企业的广泛重视，制订了相应的技术标准与操作规范；但制造商却很少关注紧固件的安装和使用，安装使用不当同样会酿成事故，必须引起高度重视。

失效中很大的一部分原因是安装使用不当造成的。其中安装扭矩是一个重要课题，值得大家共同分析讨论，并且要付诸实施。 一、 扭矩系数对安装使用的影响 1、扭矩系数的机理

扭矩、预紧力及扭矩系数三者之间的关系： T=K·F·d 其中；

T－扭矩 （N·m）

K－扭矩系数（也称摩擦系数） F－紧固力（也称轴力、预紧力KN） d－螺纹的公称直径mm

安装时，使用单位对扭矩值必须重视，这直接影响安装时的施工扭矩。为什么同样的扭矩值，一批产品能达到预期的锁紧效果，而另一批产生锁紧效果不理想？首先我们要了解扭矩、预紧力、扭矩系数三者存在的关系。

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图一·安装时的扭矩、预紧力与扭矩系数的关系

从图一中可以看出，如果螺栓极限强度一定，扭矩一定，扭矩系数越小，则产生的紧固力越大；但是如果扭矩系数越大，则产生的紧固力越小。当扭矩系数小到一定的程度，在一定的扭矩的作用下紧固力超过了螺栓的强度极限，高强度螺栓就会产生断头的现象；反之，扭矩系数过大，则产生的紧固力就会过小，螺栓连接副就达不到锁紧的功能，连接副就会产生松动。因此，要使紧固力在一个标准的范围内，则产品的扭矩系数就要限定在一个规定的范围内，目前国家紧固件标准GB/T 1231-2000对钢结构用高强度螺栓连接副作了标准规定，扭矩系数K=0.11~0.15,标准偏差小于等于0.010。钢结构工程施工规范也作了同样的规定。

但是，在安装的过程中，有许多人认为扭矩值越大，安装越可靠，包括相当数量的工程技术人员也有类似的认同，实质上他们对扭矩系数的机理还不十分理解。

例1：某机车车辆公司，在自行设计的风力发电机中，规定了各项技术要求及参数，安装规范也有具体的要求。但是在第一台风力发电机的安装过程中，有三根螺栓产生断裂，影响了工程进展，同时对技术质量的可靠性，及螺栓连接副的质量产生了质疑？！

为了寻找原因，他们将螺栓、螺母、垫圈的各项机械性能又重新测试了一遍，测量的结果均在技术要求的范围内。带着疑问，车辆厂的两位工程师来我公司咨询。通过了解，知道他们的安装扭矩定为1900N.m时，我立即指出：安装扭矩太大，由于扭矩大大地超过了正常数值，产生的轴向力已大大地超过了高强度紧固件的最小拉力负荷。

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具体技术参数：螺纹公称直径M27；扭矩系数为0.138；安装扭矩他们公司规定1900N.m。

根据上述数据计算：F=T/Kd=1900/（0.138*27）=510KN。 而M27的最小拉力载荷（轴向力）为477KN，风机配件安装时的轴向力平均值已超过规定值。如果考虑到扭矩系数中的最小值为0.12，那么F= 1900/（0.12*27）=586KN，已经远远地超过了螺栓抗拉强度的拉力载荷，产生断裂、断头是必然现象，而且在扭转的过程中所受的拉力状况比抗拉强度试验中的拉力更复杂，更容易引起失效。因此，在紧固件专业标准中，对安装扭矩的推荐值考虑到这一复杂因数。

经过计算和分析，我公司推荐安装扭矩为1200~1300N.m，前提是扭矩系数要与我公司测定的一致，安装扭矩经过调整后，已顺利完成了风能发电机的安装，目前调整扭矩后的风力发电机已在内蒙风力发电场正常工作、发电。

2、 扭矩系数的实质

扭矩系数属于摩擦系数的范畴。摩擦，一般指直线运动状态下产生的阻力，根据表面粗糙度不同而制定不同的摩擦系数。扭转时的摩擦比较复杂，扭矩系数是指在扭转状态下的摩擦系数。通过螺纹间以及支撑面与夹紧面间的摩擦力的大小来决定扭矩系数的大小。扭矩系数可以通过轴力机、扭力扳手和拉力传感器来测定的。

摩擦分为有效摩擦和无效摩擦两种，螺栓与螺母之间的摩擦是有效摩擦，通过施加扭矩，有效摩擦会使螺栓螺母逐渐锁紧，对安装起积极的作用，随着扭矩增加，紧固力不断上升，从而达到拧紧的效果。而垫圈与夹紧面间的摩擦是无效摩擦，因此在安装时应尽量地避免无效摩擦，才能正确的反映紧固件实际的锁紧状况。

影响扭矩系数的因数很多，经过多年来的实践和观察，我们认为，主要有三个方面：

⑴、 螺纹之间配合紧密程度是一个重要的影响因数，我们经过多

次试验，螺纹间配合松的扭矩系数就小，反之扭矩系数就大（扭矩系数有随螺纹配合松紧度的增大而减小的趋势）。 由于螺纹间的配合测量比较困难，我们只能通过螺栓中径测

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量，把中径公差偏大的十个一组与中径公差偏小的十个一组进行分开测量，测量结果的平均值相对比较，可以得出定性的结论。 ⑵、不同表面处理对扭矩系数的影响很大，从经常使用的几种表面处理状况来看，不同的表面处理扭矩系数相差很大：（见表一）

表一·不同表面处理的扭矩系数 表面处理种类

达克罗 磷化 发黑 磷皂化

扭矩系数及状态 0.11～0.15（润滑） 0.18～0.25（干燥不润滑） 0.18～0.22（干燥不润滑） 0.25～0.30（干燥不润滑） 0.13～0.18（干燥不润滑） ⑶、表面润滑是对扭矩系数影响最主要的指标：

①扭矩系数可以通过表面润滑来进行调节，用达克罗涂覆＋润滑的高强度紧固件能够达到上述表格中的要求，经润滑后的达克罗涂层扭矩系数均能控制在0.11～0.15之间的范围内。

要选择合适的表面处理来控制紧固力，并且采用相应的扭矩，可以有效的进行安装。

例2：以浙江某公司在辙叉连接件为例，铁道部技术规范上要求，高强度大六角螺栓M27安装扭矩在1200～1250N.m范围内，但不同的表面处理得出相应的预紧力差异很大（以下均采用中间值计算）。

达克罗：F＝340KN 发黑： F＝160KN 磷化： F＝220KN 磷皂化：F＝290KN

在配套供应初期，由于需方技术要求没有标明表面处理的要求，我们采用表面发黑处理供货。半年后，在辙叉使用过程中先后有武汉、株洲、广州等路段反映有螺栓松动、螺母脱落等现象。他们只得采用加大安装扭矩的办法，但效果并不理想，尤其是铁路不断地提速，尽管不断地增加安装扭矩，但是，现场还是险象

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环生。安装扭矩的增加，提高了安装工人的劳动强度，操作工人也怨声栽道。

我们知道了上述情况后，立即全面地了解铁道部技术文件中规定：预紧力要达到200KN以上的标准后，及时调整了表面处理，选取了磷化的表面处理工艺，同样的1200～1250N.m的安装扭矩，紧固力上升到220KN，达到了铁道部安装时的紧固力要求，并顺利地解决了螺栓连接副松动的问题。以上可以看出，表面处理状态对安装影响作用的重要性。*1 ②润滑的重要性及要点：

上面叙述了表面处理对安装扭矩的影响。表面润滑对安装扭矩的影响也很大，螺栓连接副表面采取什么型号的润滑剂，怎样方式涂装，都会影响扭矩系数值。

要正确反映扭矩系数，在安装前生产商必须向使用单位提供一系列的数据，而且涂装的方式也必须一致。由于涂装方式不同，同样会产生扭矩系数的偏离。（具体见表二）

表二中的二个产品，规格和表面处理相同、是同一家公司、同样设备加工的，由于采取润滑方式有差异（前面一种润滑很均匀，后面一种润滑不均匀），产生标准偏差不同。因此，前面一份报告合格，后面一份报告不合格。

除了采用的润滑剂必须相同外，涂装方式必须相同、涂装必须均匀，而且螺母的润滑涂装更加重要。

另外，生产单位与使用单位安装扭矩的二个参数必须一致。这样才能保证安装安全可靠。

表二涂装方式不同引起的不同结果

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3、 标准偏差的重要性：

以上面M27螺栓副为例，要达到200KN预紧力，如果采取达克罗表面处理。

⑴ M27的螺栓副采用达克罗涂覆后，安装扭矩700N.m即可达到200KN预紧力的要求（根据K＝0.11～0.15来计算）。在同一批达克罗涂层，K系数对预紧力值的影响偏离很大：

当K=0.11时，P=236KN,预紧力过大，在服役时如果应力增大，加重了头部的承受压力，容易造成螺栓头部断裂。

当K=0.15时，P=173KN,预紧力达不到标准，在服役状态时随铁轨的高频震动，随着时间频次的增加，容易产生应力松弛，会产生松动，进而引起螺母脱落，甚至螺栓断裂的情况。

因此，要求在同一批的高强度紧固件中标准偏差≤0.010，而且偏差越小，对螺栓连接副安装使用的安全性越高。

*1：见本刊第六期《M27螺栓断裂分析》

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有些螺栓连接副，尽管扭矩系数的平均值在国家规定0.11～0.15

的标准范围内，但标准偏差出超，也会使个别连接副失效，同样会产生个别螺栓松动或螺栓断头的情况，这是许多单位不引起重视的问题。

⑵ 标准偏差的函数公式：

标准偏差 的计算公式如下：

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复拧有多种方法：

一种是在初始安装时，施加70％－80％的扭矩拧紧，然后经过24小时后按照100%技术要求规定的扭矩进行终拧。

二是在按照技术规范规定进行拧紧，然后在出厂前再按照技术规范规定的100％-105％的数值间复拧。

有些单位自行设计，规范了复拧的技术条件，分两次初拧，第一次初拧按50％扭矩拧紧；第二拧，按80％扭矩拧紧；第三次是终拧，按照设计规范要求的扭矩拧紧。

无论采取何种方式，均比一次安装扭矩到位的施工效果要好，这是因为紧固件中螺栓、螺母、垫圈之间表面均有凹凸不平、灰尘等细微颗粒。在拧紧时，扭矩克服表面毛糙，损耗了一部分扭矩。因此，相应地减小了预紧力，在复拧时可加以补充修复，达到了紧固效果。（具体见以下分析）

铁道部门在复拧方面做的比较好，对复拧的次数、复拧的时间都作了具体的规范，并认真地付诸于实施。这是杜绝事故的重要措施，必须严格执行，并组织人员进行抽查。

目前许多公司在供货同时均强调了复拧的重要性，对第一次采用高强度产品的客户及碰到问题的用户，派出了工程技术人员进行现场安装和指导，这是保障高强度连接副安全安装使用的有力措施，能有效地防止在服役状态下受到各种应力而产生螺栓松动，甚至螺栓断裂情况的产生，从各种渠道反馈信息中也证实了复拧的重要性。 2、表面摩擦的机理 ⑴．摩擦力与摩擦系数

高强度螺栓连接副，在拧紧时，产生二种摩擦力：螺栓与螺

母拧紧时的摩擦力、螺母与垫圈间产生的摩擦力。拧紧过程是克服摩擦力渐进的过程，扭矩在拧紧时，一部分转化为预紧力，使螺栓副拧紧，另外的一小部分扭矩克服摩擦力做功，消耗殆尽。摩擦力的大小与表面粗糙度有关，越粗糙的接触面，损失的扭矩越大，转化为热量。如果不重视，那么按常规施加的扭矩达不到预期的预紧力，就会产生螺栓、螺母的松动甚至脱落断裂的现象。

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例3：在给某港机单位安装过程中，就遇到这种状况，由于安装过程中没有一下施力，而是逐级增加扭矩，每次增加扭矩，预紧力却没有相应的增加，而是略微跳动一下，扭矩克服了摩擦力做功产生大量的热，使螺栓尖部在大量的热的情况下产生退火，降低了硬度，当摩擦力产生的热量达到一定的情况下，齿间强度低的螺栓螺纹被“啃”下一块（见图二中的b），而图二中的a是我公司测试后的正常情况，b是某港机基地校验时的图片。

a 正常 b 不正常

图二·被“啃”下螺栓螺纹照片

经过维式硬度测试，证明理论推断是正确的。某港机基地校验时

摩擦力太大，这样部分扭矩转化为无用功，产生了热量，降低了螺栓的表面硬度。（见表三）

表三·硬度测试数据

编号 a b

⑵、螺栓副不同受力方向的切向力

在正常的运转中，同样的作用力，由于受力方向的不同会产生

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硬度（HV）表面―――→芯部

353 342

353 344

355 346

358 355

377 379

358 362

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不同的切向力，与水平方向夹角越小受的切向力越大。

例如图三a中，作用力与水平成30度角时，切向力F切=

≈0.866F；图三

F

b，作用力与水平成60度角，F切=0.5F；依次可见图

三c，作用力垂直方向，与轴向力一致，是最理想状态，没有切向力；图三d，作用力F与轴力成45度角，F切=0.7F。由此可见，在服役状态中，并不是理想状态下的垂直应力——轴向力，而是各种应力的混合状态，是复杂的受力状态。

图三 不同受力方向的分力状况

轴向力对紧固件连接副工作状态影响很小，在螺栓做拉力强度试验状态，均通过测试，达到拉力要求，图三c，就是这种理想状态。实质上，实际中，切向力是个未知应力，要与工作具体状态有关，切向力大小直接与受力状态、轴向夹角有关，使用中要尽量避免切向应力；切向应力会直接会增大产生剪切力，进而，引起螺栓断裂，是必须避免或减小的。

铁路高强度螺栓连接副受力状态中，与图三受力相似，在火车轮将接触到连接副部位轴向力很小，切向力很大，随着向前运动，轴向力增加、切向力减小，一直到垂直方向切向力几乎为零。待车轮压过时，应力又会朝相反的方向转换。这种应力变化是瞬时的，迅速的，又是周而复始的，这种瞬时的应力变化，对连接副会产生周而复始的冲击力。在交变应力的反复作用下，很容易产生应力松弛，使轴力下降，扭矩衰减；同样，在周而复始的冲击下，产生微小的反复摩擦运动，容易产生微小的间隙。这就需要及时的补充与

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修复，而复拧能有效地解决扭矩衰减，及时补充轴向力，是安装使用过程中，必不可少的、重要的措施。

铁道系统是执行复拧的楷模，他们清醒地认识到应力松弛会直接影响到铁路运输安全，因此，各个路局都制定了复拧的技术规范，并且认真操作执行复拧的条例，这是铁路安全运行的有力保障。

港口机械受到反复冲击力也很大，尤其是吊装集装箱的吊具导板，在抓起重物的一刹那及放下集装箱的一瞬间，连接紧固件受的巨大的冲击力，受力状况非常复杂，很容易引起应力松弛，造成紧固件连接松脱，甚至断裂。因此，在港口作业时，明确规定每五个工作班次，必须进行一次复拧，受到很好的效果，紧固件松脱断裂的现象大幅度下降，有力地保障了吊具和集装箱的安全。

随着对安装扭矩的逐步理解，复拧的重视程度也日益增强。各行业也相应的制订了行业复拧的操作规范。

实质上，复拧是安装扭矩的延续与补充，是连接副安装可靠性的有力保障。必须引起大家的共同关注。 ⑶、摩擦的机理

面与面接触并相对运动时，必定会产生摩擦力，表面粗糙度与摩擦系数直接关联，表面光洁，摩擦系数小，损耗的力矩小。

从微观来看，表面均存在凹凸不平现象，在连接副拧紧过程中，相互接触面的浮凸，在相互摩擦中磨损，这样摩擦系数就会相应的减小，见下图四，摩擦前后的示意图状况。

图四.表面摩擦后机理图

从摩擦学的两张机理图中可以看出，在扭矩逐步增加、克服摩擦前进的过程中，微小凸出的尖角被磨损了，摩擦力转变成无用功，使局部区域发热，严重的会产生表面缺损的现象。（见图二）

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因此，复拧的过程：是不断地克服微小磨损、微量的变形，也就是克服松弛，补充扭矩损失的过程；通过复拧，达到拧紧时预紧力的要求。因此，复拧是紧固件在安装使用过程中的又一有力举措，经过一次、两次的复拧，克服了细微的浮凸层，使表面变得光滑，减少无用功的损耗，从而真实的反映扭矩、预紧力的数值，使连接副真正起到安全连接的作用，因此在安装中复拧是必须考虑的安装规范，与安装扭矩密切关系的，是安装扭矩技术规范的延伸与十分必要的补充。 三、绝对伸长量及其影响 1.保载的概念

我国紧固件标准GB/T3098.1中，对 绝对伸长量也作了论述，对一些要求比 较高的螺栓螺柱，必须进行保证载荷试 验，来测量螺栓的绝对伸长量。

图五

保证载荷是在产品的弹性范围内，经过万能拉力试验机的拉力试验来测量螺栓试验前后的绝对伸长量，其伸长量要求不能超过12.5µm，这是一个很重要的、又是必须达到的性能指标。见图五的曲线，当强度曲线超过δ0.2（Rp0.2），材料发生塑性变形，伸长量与应力不成正比。螺栓在使用时会产生微小的间隙、产生应力松弛、其后果是螺母松脱、甚至螺栓会断裂，很不安全，由此紧固件安全使用范围在Rp0.2以下，而且保证载荷是十分必要的。

⑴ .不同级别螺栓的保证载荷（Rp0.2：弹性范围）的要求也不一样。10.9级螺栓的弹性范围Rp0.2≈0.9Rm ；8.8级螺栓的弹性范围Rp0.2

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≈0.8Rm。在这一区间是弹性范围区，应力与应变成正比。 ⑵ .弹性区域是相对的，在弹性区范围内，产品经过服役工作的状态会产生变形量，但保证载荷试验规定绝对伸长量≤12.5µm，变形量过大后，有间隙产生，螺栓受力不仅仅是拉应力，还要受到剪切应力，而剪切应力对螺栓是致命的，很容易产生松脱，甚至断裂。因此，必须加以防止。使螺栓在受力状态下、伸长值在规定的范围内，避免产生剪切应力。

保载测试的实质是检测紧固件在Rp0.2产品的弹性范围内测量的微小变形量。 2.保载重视度与理解

国内紧固件行业很少关注保证载荷试验，即便是高强度紧固件的专业制造厂家，大部分对保载概念很模糊，很少有生产厂家做保载试验，但绝对伸长量超差往往是连接副失效的重要原因。

可以想象，螺栓在工作时受到比较复杂的力，其中剪切应力是很重要的应力；螺栓略有伸长，所受的剪切应力会大幅度地加大，螺栓产生剪切应力上升、容易产生断头的现象，因此螺栓连接副安装时必须综合考虑以下几点：

⑴． 螺栓的硬度、强度及轴向力。

⑵． 扭矩系数在规定值范围，标准偏差必须尽可能的小，要

考虑偏大偏小两个方面。

⑶． 螺栓延伸率和绝对伸长率，要充分了解螺栓副在工作时

所遇到的各种状况，在安装前加以重视紧固件连接副的

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检测和各项参数。

为了使高强度紧固件连接副方便拧紧的效果，目前德国、美国等国家采取了在弹性范围内进行拉伸，然后按规定的扭矩值进行拧紧，拧紧后再恢复到原有状态，这样就解决了螺栓微量伸长的问题，使扭矩与保载二者有机结合，妥善地解决了高强度螺栓在使用中伸长量超差的问题。

扭矩系数、复拧与绝对伸长量是高强度紧固件安装使用中会遇到的

一连串的问题，这三个方面既有各自的特点，又相互统一，都是微小变化而引起连接副的失效。

施加力矩是为了连接副的拧紧，达到规定的紧固力。在拧紧时必须克服摩擦力的干扰，因此对扭矩系数、标准偏差作了规范要求。如果在拧紧的过程中，螺栓强度不足，会产生螺栓伸长甚至断裂，那么同样的扭矩值，反映出来的紧固力偏低；复拧是要消除连接副表面凹凸不平，粗糙的浮凸面，消除无用摩擦引申的扭矩值的损耗，克服各种因数引起微量伸长的可能性，保证螺栓副的紧固；这二者都与绝对伸长量的概念一脉相承，均是微小变化对紧固件连接副安装所产生的影响。

在美国SAE J429的标准中，明确规定8级（美国标准）以上、在汽车行业使用的高强度螺栓，必须进行保载试验，绝对伸长量控制在12.7µm的范围内。由于绝对伸长量很细微，表面细微的毛刺、尖粒均会对测量值相影响，况且安装夹具也会带来一定的测量偏差。SAE J429明确规定，第一次误差超标，还可以进行第二次测试。如果两次结果不合格，那么判断螺栓不符合要求；如果第二次测试结果合格，那么可以判断螺栓符合标准要求。（见表四）

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表四：SGS测量的保载试验数据（两次测量的数据）

从表三中可以看出3＃试样第一次测量时伸长量超差。螺栓装夹时的夹紧程度、测量仪器的误差、螺栓接触面的不平整、材料机械性能均可能产生伸长量超标的状况，可进行第二次测量，3＃试样在第二次测量时，伸长量为8um，判断为合格。 3.克服微型变形的措施与方法：

高强度螺栓的制作涉及到材料、制造、热处理三大环节，要顺利通过螺栓保载试验，与材料、热处理两大环节直接有关。

⑴.材料选择：

高强度螺栓除了高强度大六角头螺栓，在M30以下的规格，对所用材料作了规定（具体见GB/T1231），而其它种类、其它规格的螺栓无论是国内标准（GB/T3098.1），还是国际标准（ISO8-1）均没有明确规定采用的材料，只是指示性地指出需要添加合金元素，采用合金钢材料。实质上材料选用是重要的第一环。如果材料选择不当，先天不足，存在隐患，成品后，会引起保载试验中的绝对伸长量超差。

例4．在承接美国PAC Car的项目中，美标1”-14的8级螺栓（相当于我国标准10.9级）时，某高强度螺栓厂采用40Cr，由于该产品用于工程机械载重车制动器部件，对连接件的保载要求很严。用40Cr的材料螺栓送样，在第一次保载试验不合格，第二次送样楔负载不合

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格。分析材料性能后，很难做到各道工序都很完美，达到各项性能技术要求。因此，首先，必须更换材料！

由于材料选用不当，产生了两批产品报废，又耽搁了交货时间，后改用了42CrMo，加强了工艺控制，使产品的各项性能达到了要求。

因此，在承接有一定难度的产品时，必须严格审核各项性能指标，有针对性地选择材料，才能保证产品的技术性。 ⑵.产品热处理：

高强度螺栓热处理是关键。材料选择必须得当，在加工成型后正确的热处理工艺是另一个重要工序，必须引起高度重视。

淬火：加热温度、加热时间必须合适，要保证淬火后得到90%以上的马氏体组织。要有预热措施，采取相变点以下100摄氏度左右温度预热。才能使淬火后的组织均匀，马氏体转变充分，使芯部也取得良好的金相组织。

回火：由于许多产品的硬度与强度要求，一般均可在高温回火区域进行调整。必须对每一个不同的产品，采用针对性地编写工艺。回火要充分。有些材料对第二次回火脆性很敏感，回火后必须采取适当的冷却的方法，避免在高温区域停留较长的时间，产生第二次回火脆性。同时回火温度的选择要与硬度相匹配，这样才能有效地消除热应力和组织应力，得到综合性能良好的组织。

高强度螺栓热处理是一个重点，针对不同产品应采取不同的工艺，并辅以金相检测，确保组织处于良好状态，以利于各项技术指标的测试。只有采用完备的热处理工艺，对保证载荷顺利地通过，才能

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够提供保障。

金相检测：对要求较高的高强度紧固件要进行金相检测，对原材料除了化学成分在标准范围内外，还要检查原材料夹杂、组织状形态与分布。

淬火后也要认真检测金相组织状况，在汽车行业就严格规定，连杆螺栓及缸盖螺栓金相组织必须≤3级（共为8级）。

这些良好的组织状态有力的保障了各项性能达到技术规范，尤其是要做保证载荷试验的产品，必须进行金相分析，否则会产生盲目生产，造成产品不合格

我国紧固件事业快速发展，国内也运用了先进的测试方法，GB/T3098.1-2000标准对保载作了诠释，保载值进行了列表说明，测试方法也作了相应的规定。但由于没有详细的技术性的解释，一般人也不清楚保载试验的内涵，大家只知道螺母要作保载，螺栓要作扭矩系数、楔负载试验，不知道螺栓同样要作保载试验，我们走访了不少高强度螺栓制造企业，对螺栓的保载试验及其技术要求的含义也知之甚少，甚至有不少通过ISO/TS16949的专业高强度螺栓厂也不知其含义及试验的重要性，必须引起广泛重视，加深对螺栓保载试验的理解与试验。

扭矩试验和复拧比较直观，容易了解，因此，近年来大家对安装扭矩的确定与复拧的重要性的认识有了提高，重视程度也在不断地加强，对保载知之甚少，不知道技术含义及重要性。我们认为：重要部位（例如汽车发动机螺栓）或安全性要求很高（例如辙叉连接螺栓），必须增加保载试验的项目，使高强度螺栓连接副在部件连接时做到“真正”的拧紧，让

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小小螺栓起到连接和安全的双重作用。 四.机理探讨：

螺栓副的扭矩与扭矩系数是安装使用的核心，一切过程都围绕安装和使用。复拧、保载是为了进一步保障安装扭矩的安全可靠。复拧、保载二者在微观上均有细微的尺寸变化。

复拧是要克服在安装过程中微观表面粗糙凹凸不平，补充预紧力衰减的有效手段。在克服摩擦的过程中，在铲除微小的凸面中，会有一个极微量间隙产生，这是在运动状态下所产生的微量变化，克服这个过程是复拧的过程。而保载是在弹性范围内，在试验过程中前后对比所产生的微量伸长必须在规定值的范围内，是为了防止高强度螺栓在使用过程中，伸长超过规定范围而产生微量间隙。二者尽管在形式、内容、技术要求上有所不同，但均是为了防止微量变化可能产生的微量间隙，进而引起高强度连接副的失效。

如果产生微量间隙，那么螺栓的受力状态会产生变化，在紧固件连接副的服役状态中，由于微量间隙，在外力作用下，会有纵向应力Fs（垂直于螺栓轴）的产生（见图六），

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图六：螺栓受剪切力Fs图

有些应力的切向分力产生的纵向应力虽然不明显，但它会使螺栓单边承力——即偏载，原来各部位比较均匀受力，处于平衡状态。如果，单边承受的载荷大大增加，早期会使螺栓产生弯曲变形，在不断地应力作用下，早期疲劳失效会很快的出现，造成断裂。因此，高强度螺栓连接副在安装使用中必须防止微量间隙的产生；防止切向分力产生。 五．结论

1．扭矩、复拧、保载三者关系：

复拧是在工作状态下，不断地补充衰减的预紧力，不让它产生应力松弛，达到紧固效果，做到事后补充。保载是在产品制成后进行测试，做到事先预防。二者都是克服连接副产生微量的变化，二者缺一不可。 因此扭矩、复拧、保载是螺栓副安装使用中的三个环节。三者中安装扭矩是螺栓副安装使用的核心；保载是在产品制成后进行测试，做到事先预防；复拧是不断地补充衰减的紧固力，防止应力松弛，做到事后补充；

一切过程都围绕安装扭矩；安装扭矩是高强度螺栓连接副安装使用中核心环节，三者相辅相成，缺一不可。要严格把握好三个环节，才能确保高强度螺栓连接副在安装使用中安全可靠。

2．安装失效情况：

高强度螺栓连接副在安装使用中的损坏和失效多种多样，要分析失效的样品，结合具体的安装技术规范及生产工艺进行全面分析，才能找出原因，采取相应的措施。

在多年的技术服务中，高强度螺栓连接副在安装使用的不当，所产

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生的中损坏和失效要占总失效的50%以上。必须引起业内外的高度重视。

参阅文献： 1． 美国标准《SAE.J429—1999》 2． 《机械设计手册》第三卷 化学工业出版社

3． 《零部件及相关标准汇编》 中国标准出版社 4． 《扭矩系数的正确测定及重要性》阎振中 金蜘蛛《紧固件》第十一期

作者简介：

阎振中，男，1947年出生，本科学历，高级工程师，1968年至今一直从事紧固件工作，在全国各类期刊发表论文十余篇，任上海市徐汇区金相热处理学会副理事长。现在稳砜风机配件（上海）有限公司任技术总监。

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