特种紧固件采用的材料主要有结构钢、不锈钢、钛合金、高温合金,还有部分铝合金、铜合金。
特种紧固件的性能试验涉及到航标、国标、国军标及专用技术条件对性能试验的要求,不适用GB3098.1、GB3098.2性能试验的标准,须适用航标、国标、国军标以及专用技术条件及相应的试验标准。
(1) 钢铁合金螺栓和螺钉机械性能
钢铁合金螺栓和螺钉要求进行抗拉或抗剪试验,但不同材料、规格的紧固件,其机械性能试验是不同的。
根据《HB1-218-95》技术条件,高温合金、不锈钢、结构钢、铝合金螺栓和螺钉要求进行抗拉或抗剪试验,机械性能试验具体规定如下:
A. 产品图纸或技术条件有试验要求者,均从每批中抽出不少于三件(标准对数量有规定者除外)进行有关试验。每批由同一直径及同一炉号材料制造并按同一规范处理的螺栓、螺钉组成。如第一次试验中有一件不合格,则抽出双倍数量进行第二次试验,第二次试验中仍有一件不合格,则此批不得交付。
B. 螺纹直径D≥4mm的螺栓和螺钉按标准上的要求进行抗拉或抗剪试验。
C. 如果同时规定抗拉和抗剪试验,则只进行抗拉试验(除1000沉头螺栓)。
D. 螺栓和螺钉试验的强度数据按《HB1-217-95》,做抗拉试验的螺栓和螺钉的试验长度L≥2.5d,特殊情况允许L=2d(不包括头部尺寸在内)。
E. 不能做抗剪试验的短螺栓和螺钉应带试验件(试验件应与零件为同批材料并同炉热处理)进行抗剪试验;当零件为有开口锁孔螺栓时,试验件不钻开口锁孔,当试验件取为有开口锁孔时,试验时其开口锁孔不应在试验段范围内。
F. 企标螺栓(钉)均应按《HB1-217-95》的规定数量做抗拉试验,螺栓(钉)的破坏拉力和破坏剪切力统一按《HB1-217-95》标准规定。6A1—82、6A1—143、6A1—144、6A1—148~151螺栓(钉)的破坏力允许比《HB1-217-95》标准规定的数据降低10%。
G. 1000沉头型的破坏拉力比规定的数据相应降低20%。1000沉头型的破坏剪力比规定的数据相应降低5%。扁圆头及1200沉头和半沉头型的破坏拉力比规定的数据相应降低10%。
H. 高锁螺栓按《HB1-217-95》标准规定进行试验。
(2) 高温合金螺栓、螺钉
高温合金螺栓、螺钉除室温性能外,根据使用部位不同的温度要求,机械性能试验要求也不同;除常规机械性能试验外,还要增加相应的高温机械性能试验。例如某型号发动机五种新型高温合金紧固件螺栓、螺钉的性能试验项目比较多。GH159螺栓具有优良的高强度、高塑性和抗腐蚀性能,抗拉强度值大于1585MPa,时效后的抗拉强度值1795 MPa。GH141螺栓在650~900℃范围内有高的拉伸和持久强度。GH4169螺栓在650℃以下具有屈服强度和持久强度高、塑性好的特点。GH738紧固件用于810℃以下工作的发动机各主要部件的螺栓、螺母,具有良好的耐燃气腐蚀能力,较高的屈服强度和疲劳强度,组织稳定。优质GH2132紧固件用于650℃以下工作的发动机的螺栓、螺母,综合性能有较大提高,特别是硬度和强度高于GH2132,最小抗拉强度为1030MPa。
某型号发动机五种高温合金螺栓试验项目与结果,见表2-1。
表2-1 五种高温合金螺栓试验结果
试验项目 材料牌号 |
硬度/HRC |
室温拉伸强度/MPa |
螺纹规格/in |
高温瞬时 |
应 力 持 久 |
拉—拉疲劳 |
|||||
温度/℃ |
载荷/KN |
温度/℃ |
载荷/KN |
时间/h |
高载/KN |
低载/KN |
寿命/次 |
||||
优质GH2132 |
24~37 |
≥1035 |
0.250 |
|
|
650±2 |
9.65 |
23 |
|
|
30~ 140 HZ 最低> 45000 平均> 65000 最高110000次 |
0.375 |
|
|
650±2 |
23.80 |
23 |
|
|
||||
A286 |
|
≥900 |
0.250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.375 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
GH141 Rene41 |
43 |
≥1070 |
0.250 |
760±3 |
20.60 |
760±2 |
12.60 |
30 |
|
|
|
0.375 |
760±3 |
49.80 |
760±2 |
31.10 |
30 |
|
|
||||
GH4169 Inconel718 |
36~45 |
≥1275 |
0.250 |
425±3 |
25.59 |
650±2 |
15.54 |
23 |
15.24 |
1.52 |
|
650±3 |
23.95 |
||||||||||
0.375 |
425±3 |
61.74 |
650±2 |
38.10 |
23 |
37.83 |
3.78 |
||||
625±3 |
57.75 |
||||||||||
GH738 Waspaloy |
螺母 32~42 螺栓 34~44 |
≥1210 |
0.250 |
|
|
730±2 |
11.10 |
23 |
|
|
|
0.375 |
|
|
730±2 |
27.50 |
23 |
|
|
||||
GH159 MP159 |
>44 |
≥1795 |
0.375 |
595±6 |
86.70 |
650±2 |
53.48 |
23 |
51.5 |
5.15 |
(3) 铝合金螺栓(钉)及铝合金板材机械性能
A. 铝合金产品拉力试验每批取三件进行试验。如果是铝合金板材试件,必须是横向纤维方向截取的试件,厚度以产品厚度相同,并与产品同炉热处理。
每批取三件试样中有一件不合格时,则取双倍复验,如仍有一件不合格,则此批不得交付。
B. 铝合金螺栓(钉)经热处理后进行机械性能拉力试验。
C. 铝合金板材经热处理后进行机械性能拉力试验:
其中LY12:σb≥392MPa、 LY11:σb≥352 MPa。
(4) 钛合金螺栓、螺钉机械性能试验
钛合金螺栓、螺钉按通用规范《HB6568-97》、《HB8025-2000》、《GJB2893-91》进行机械性能试验;钛合金铆钉按通用规范《HB8014-2002》进行机械性能试验。
(5) 《HB7454-97MJ螺纹螺栓、螺钉技术要求》
《HB7454-97MJ螺纹螺栓、螺钉技术要求》:光杆长度小于2倍公称直径的凸头螺栓,光杆长度小于2.5倍公称直径的沉头螺栓不做抗拉、抗剪、疲劳等检验;总长小于3倍公称直径的螺钉或总长小于18mm的螺栓不做抗拉检验;螺钉不做抗剪和抗拉疲劳检验;公称直径小于5mm的螺栓不做抗拉疲劳检验;不锈钢不检查脱碳;结构钢不检查氧化性能。