BAFD关注紧固件为什么容易失效

消息 英国紧固件分销商协会的10月会议专注于为什么某些类型的紧固件容易失效，其原因为何并不总是如假设的那么简单，紧固件企业可以做什么来规避技术上和法律上的责任索赔。会议向英国紧固件分销商展示了一个特殊的试用会员包。

几个月前在旧金山的事件已经大大证明紧固件失效的后果是庞大和格外昂贵的。紧固件供应商往往是首先被指责的对象，即使随后的调查证明，环境因素可能是一个更主要的原因。

作为英国紧固件故障分析的首席专家之一，螺栓科学的比尔埃克尔斯将紧固件失效的原因归结为在应用和压力下，高强度紧固件的生产和涂料，以及环境污染所产生的氢脆性。他还指出了一些特别容易受到此类伤害影响的紧固件类型。该协会还希望考虑责任保险，以及如何确保能最大程度的覆盖紧固件企业。

BAFD Meeting to Focus on Causes of Fastener Failure (10 July, 2013)

The October meeting of the British Association of Fastener Distributors will focus on why certain types of fasteners are vulnerable to failure, why the causes are not always as straightforward as is sometimes assumed and what fastener companies can do both technically and legally to minimize exposure to consequential liability claims. A special trial membership package opens this very important meeting to UK fastener distributors generally.

As events in San Francisco over recent months have dramatically demonstrated the consequences of fastener failure can be massive and extraordinarily expensive. Fastener suppliers are often the first to be accused of responsibility even though subsequent investigation may prove that environmental factors were a major contribution.

Bill Eccles of Bolt Science, recognized as one of the UK’s leading specialists in fastener failure analysis, will look specifically at failure as a result of hydrogen embrittlement, exploring both causes emanating from the production and coating of high strength fasteners and environmental contamination of these fasteners once in application and under stress. He will also identify fastener types particularly vulnerable to these types of failure. The Association is also hoping to have a speaker considering liability insurance and how best to ensure fastener companies are best covered.

模具钢材的热处理方式与加工工序安排密切相关。在模具制造时，应当根据材料和加工工艺路线来选择热处理方法，制定相应得热处理工艺。

（1）一般冷作模具钢工作零件的热处理工序安排：筹造——退火——机械加工成型——淬火与回火—工修整。

（2）冷作模具钢采用成型磨削及电加工工艺：锻造——退火——机械粗加工——淬火或回火——精加工（磨削、电加工）。

（3）冷作模具钢复杂冲模的加工：锻造——退火——机械粗加工——高温回火或调质——机械加工成型——淬火与回火——磨削与电工加工成型。

大多数冷作模具钢使用状态为淬火与回火，模具硬度通常为60hrc，为了进一步提高模具表面硬度、耐磨性和使用寿命，常进行表面强化处理，如渗碳、渗氮、渗硼氮碳共渗、td法渗钒铌、化学气相村积（cvd）等作为最终热处理。

近日，由山东省标准化研究院完成的质检公益性行业科研专项项目“条码和RFID技术在汽车零部件的基础标识与召回中的应用研究”通过专家验收。

该项目采用条码、RFID技术、DPM技术，开发了汽车零部件召回信息平台，为来自汽车整车、零件、部件等跨链条的节点多源数据接入，实现图形可视化链条定位与呈现；项目组编制的条码编码与数据载体在汽车零部件缺陷产品召回应用领域的技术规范和应用指南，为汽车企业的精准召回活动提供标准指南与技术参考，项目成果试点应用证明实施条码扫描的零部件售后故障次数均下降超过50%。项目成果实现汽车零部件全生命周期可追溯，通过公共的召回信息平台支持消费者查询验证与监管部门稽查验证，同时有利于汽车企业配件的防窜货与售后维保，降低企业因假冒配件恶意索赔造成的损失，实现整个汽车产业链的成本下降与诚信、效益的双提升。

一个个小小的铆钉是如何扣得紧的呢？首先来了解一下它的工作原理，自冲铆接是无需预冲孔就能在板料和铆钉间形成连接的工艺。使用的半空或实心铆钉先作为冲孔工具而后与被铆接板料一起进行塑性变形以达到连接的目的。自冲铆接有几种工艺类型，半空心铆钉被冲头压下时，铆钉穿透上层板料，并扩张进入下层板料，而后铆钉与下层板料一起扩张，在两板料间形成一个机械互锁机构，从而完成连接。

随着汽车工业的发展，对汽车经济性要求越来越高，从而使汽车制造商更加重视车身总成的轻量化和连接的高质量，并寻求减少车身质量的办法，其中之一就是使用轻型材料，如铝、塑料等原料。迄今为止，点焊(电阻焊)是连接钢板车身结构的主要方法，不仅有利于大批量生产，而且质量也牢固可靠；但是对于黑金属与有色金属的连接，有色金属(如薄铝板)之间的连接，金属与非金属的连接，非金属之间的连接，点焊就很困难或无能为力了。

作为进行大批量生产的汽车，在车身零件粘接、焊接、铆接等连接中，为了适应快速和自动化的生产需要，为了连接不能点焊和难于点焊的材料，铆接特别是自冲铆接，越来越受到重视和青睐。

半空心铆钉的自冲铆接工艺，压边圈首先向下运动对铆接材料进行预压紧，防止材料在铆钉的作用力下向凹模内流动，而后冲头向下运动推动铆钉向下刺穿上层材料．在凹模与冲头的共同作用下，铆钉尾部在下层金属中张开，形成喇叭口形状以便锁止铆接材料，达到连接目的。

在汽车车身制造中，汽车轻量化生产中主要应用半空心铆钉的自冲铆接工艺。半空心铆接工艺在铆接相同金属材质时，较厚的放在下层；两层不同金属材料时，则将塑性好的材料放在下层；铆接金属与非金属材料时，将金属材料放在下层。

第一部份——粗牙、细牙螺纹的螺栓、螺钉和螺柱的机械性能

第二部份——粗牙螺纹螺母的保证载荷

第五部份——没有抗拉强度的紧定螺定和类似螺纹紧固件

第六部份——细牙螺纹螺母的保证载荷

第七部份——螺栓和螺钉的扭矩试验和破坏扭矩的公称直径M1~M10

本次修改的是标准第一部份。

a. 标准规定了由碳钢或合金钢制造的、在环境温度为10℃～35℃条件下进行试验的螺栓、螺钉和螺柱的机械性能。即本标准给出的机械性能和物理性能，是在室温条件下试验测出的，而在较高或较低温度下试验的机械和物理性能会有所变化。标准规定冲击性能试验设定的是在低温—20℃条件下进行。

b. 标准规定紧固件使用的工作温度范围为-50℃～+150℃，如用户选用紧固件的工作温度在低于-50℃或高于+150℃到最高温度300℃时，要考虑到提高温度和降低温度会改变紧固件的机械性能和物理性能，提高温度会降低屈服点或规定非比例伸长应力、降低强度。

也就是说，在+300℃以下时，螺栓、螺钉或螺柱不管是承受何种类型的载荷，仍是按正拉伸试验得到的数据来计算失效载荷。但温度超过-50℃时，要考虑环境温度对强度和塑性指标的影响。在环境温度超过+300℃工作的紧固件，其失效形式是松弛和蠕变，紧固件会在远远低于强度指标的情况下发生较大的伸长甚至出现断裂，这时计算失效要用持久强度和蠕变极限来进行。因此,本标准未规定工作温度高于+300℃（对10.9级为+250℃）的性能要求，即不适用于环境温度大于+300℃工作的紧固件。同样道理，低于-50℃时，多数钢种会产生冷脆现象（环境温度低于冷脆转化温度），使螺纹紧固件变脆（强度与塑性、冲击韧性都下降）。

c. 由于低强度的紧固件的生产工艺多数是采用冷镦锻加工成型如石西牌精密螺丝机、打头机、搓牙机、拉丝机、冷镦机，通过了ISO国际质量管理体系认证！这标准规定了并特别提出冷作硬化的紧固件(性能等级4.8、5.8、6.8)的机械性能要比热处理过的紧固件的头杆结合强度、冷脆应力、韧性下降的影响会更大。

d. 标准推荐在超过规定的工作温度可采用低温服务的如下标准如：

EN 10269 《规定高温和或低温性能的紧固件用钢和镍合金》

ASTM F2281《耐热及高温设备用不锈钢和镍合金螺栓、六角头螺钉和螺柱的标准规范》

ASTM A320 《低温服务的合金钢螺栓》

e. ISO 898/1是适用于螺栓、螺钉及螺柱的标准，因此不论头部为何种形状，如六角头、方头、内六角圆柱头、十字槽盘头、T型头等均可适用，但对某些头部几何尺寸造成头部剪切面积小于螺纹应力截面积的产品，或细腰杆部尺寸，可能达不到本标准规定的抗拉或扭矩的要求,标准比较具体的规定了相应的试验项目和检验方法的要求。例如：沉头、半沉头、圆柱头螺钉、细腰杆紧固件。

本标准适用的螺栓、螺钉和螺柱：

碳钢和合金钢制造的

符合ISO 68-1的米制螺纹

符合粗牙螺纹M1.6~M39；细牙螺纹M8×1~M39×3

符合ISO 261和ISO 262规定的直径和螺距组合

符合ISO 965-2和ISO 965-4的螺纹公差与配合

本标准不适用于紧定螺钉和类似的不受拉力的螺纹紧固件

本标准不适用于以下性能要求：

可焊接性、耐腐蚀性、耐剪切应力、耐疲劳性

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螺栓是机械上常用的紧固件之一,而螺栓的预紧力与使用性能有这密切的关系,螺栓预紧力关系到被连接件的紧密型和可靠性,过大或者过小的预紧力都会对连接质量产生影响。如螺栓预紧力过大,会出现超拧现象;螺栓预紧力过小,则保证不了连接强度与质量。

下面我们来看以下关于控制螺丝预紧力的方法:

方法1、通过拧紧力矩控制预紧力

拧紧力与螺栓预紧力呈线性关系在,控制了拧紧力矩的大小,就可以通过实验或理论计算的方法得到预紧力值。但在实际中,由于受摩擦系数和几何参数偏差的影响,在一定的拧紧力矩下,预紧力变化比较大,故通过拧紧力矩来控制螺栓预紧力的精度不高,其误差约为±25%,最大可达±40%一般来说,控制区拧紧力矩精度较高的工具是测力矩扳手和限力扳手。

方法2、通过螺母转角控制预紧力

根据需要的预紧力计算出螺母转角拧紧时量出螺母转角就可以达到控制预紧力的目的。测量螺母转角最简单的方法是刻一条零线,按鲁母转过几方的数量来测量螺母角,螺母转角的测量精度可控制在10°-15°内。

方法3、通过螺栓伸长量控制预紧力

由于螺栓的伸长量只和螺栓的应力有关,可以排除摩擦系数、接触变形、被连接件变形等可变因素的影响。所以,通过通过螺栓伸长量控制预紧力可以获得很高的精度,此种方法被广泛应用于重要场合螺栓连接的预紧力控制。

方法4、通过液压拉伸器控制预紧力

使用液压拉伸器给螺栓施加拉紧力,使螺栓伸长,然后旋合螺母,待卸下载荷,由于螺栓收缩就可在连接中产生和拉力相等的预紧力。此种方法可以提高预紧力的控制精度。液压拉伸器给螺栓施加预紧力时没有摩擦力,故该方法适用于任何尺寸的螺栓,而且可以给一组螺栓同时施加预紧力,均匀压紧螺母和垫片,不致出现倾斜而影响预紧力的精确控制。

方法5、利用转角控制预紧力

利用拧紧力矩与转角的关系控制预紧力就是给螺栓施以一定的力矩,然后使螺母转过一定的角度,检查最后的力矩与转角是否满足应有关系,以避免预紧不足或预紧过度。

控制预紧力的力矩转角法为:首先用拧紧力矩控制拧紧过程,直到拧紧力矩值达到足够保证螺母、螺栓和被连接件真正贴紧为止,这时方能开始测量螺母转角,然后用螺母转角和拧紧力矩同时控制拧紧过程。此种方法是利用拧紧力矩和螺母转角给出的信息,可精确控制螺栓的预紧力,并能发现安装过程中可能出现的拧紧不足或拧紧过度现象。

在生产紧固件时,很多厂家都会采用不锈钢材料,不锈钢的抗腐蚀、抗锈能力比较强,为了使紧固件能够更好的发挥性能使用,我们在选择不锈钢材质时应必备哪些原则呢?

1、对紧固件材料在机械性能方面,特别是强度方面的要求。

2、工况条件对材料的抗腐蚀性能方面的要求。

3、工作温度对材料的耐热性能(高温强度、抗氧化性能)方面的要求。

4、生产工艺方面对材料加工性能方面的要求。

5、其它方面,例如重量、价格、采购诸因素都要考虑。

在通过这五方面检查后,在确定选用紧固件的品牌、品种、规格、材料标准等。

一、冷镦钢线材概况

国际国内复杂多变的经济形势，直接影响到紧固件产业的发展，也直接影响紧固件原料产业的变化。

2009年-2012年紧固件产量及耗材(万吨)

年份	2009	2010	2011	2012
紧固件产量	530	620	650	680
紧固件用钢材	580	680	715	740

1.2012年全国线材总量为1.361亿吨与2011年相比增长8.55%。

2.全年冷镦线材总量为647.5万吨（不含不锈钢线材）约占线材产量的5%。

3.冷镦钢线材的基本比例是低碳冷镦线材占40%；中碳占48%；合金和低合金线材占12%左右。

4.全国生产冷镦线材的工厂超过32家，其中：主要的有宝钢、马钢、邢钢、济钢、湘钢、武钢、首钢、鞍钢、杭钢、三明、大冶等钢铁企业。

二、近三年来的主要进步

1、全国线材产能有1.9亿吨，冷镦线材产能有1100万吨，能满足全行业需求自给有余还能出口；出口的主要地区是巴西、印度、越南等东南亚地区。

2、规格齐全，从φ5.5-φ42均能正常供给；

3、基本品质大幅提高，还试制许多优秀品种，如宝钢BSCM-435、邢钢QST32-2欧标线材、大冶20MnTiB、马钢MFT8、济钢GTML26-M等。

4、大量推广使用低碳微合金硼钢，如10B15A、10B21-10B33、35VB、20MnB、20MnTiB；宝钢还开发了用于制造13.9级螺栓专用材料42CrMoVNbB。

5、材料改制有长足进步，体现在专业化、注重环境保护、采用无酸除锈、重视前处理（退火工艺路线更加精细化）、大规格改制能力有突破等等方面。

三、环保节能型新钢种介绍

1、马钢细晶非调质钢原理是低温轧钢获得在、细晶组织，晶体颗粒平均5μ晶粒度达到12级。大压缩比拉拔减面率达22%-35%，利用鲍辛格效应冷作强化获得了较高强度，具备相当于45#钢的强度，8A的塑性。冷镦成型后，在200℃-400℃/小时进行稳定化处理，可与一般发黑工艺，或者去氢处理合并。适宜做牙条、U型螺栓、外六角螺栓，特别是细长杆的产品。用MFT8细晶飞蛾调质钢制造的螺栓、螺钉和螺栓的机械性能检测都已报批了国家标准，非调质的应用已达到了生产实用性阶段。

2、35K-M面退火中碳冷镦线材：采用微合金化处理的钢坯，通过热机械轧制（TMCP）工艺技术，在低温750℃双相区大变形量轧制使钢中的奥氏体、铁素体晶粒细化（一般在20μ左右）。然后经过控制冷却技术在Ar1线延时保温使相变后组织中的铁素体晶粒度适当，比例提高，珠光体所占比例减少，形成团状并分散，这种线材强度低塑性好，冷镦时金属流动性好，冷作硬化率低，可以免去球化（软化）退火直接冷镦内六角螺钉和法兰面螺栓，节约了能源，保护了环境。

2004年投产至今，总产量超过50万吨，减排CO2气体35万吨，节电160万千瓦时。

3、济钢GTML26M/φ30大盘条线材，试用材料直径外圆φ30，拉拔至φ29，采用四工位大料小变型工艺生产GB6177-M20法兰面六角螺母。冷镦后产品边缘饱满，棱边清晰，外形美观。经淬火、回火热处理后达到8级机械性能要求（S面实测硬度稳定在HV280-305之间），与采用35K线材相比，免去了球化（或软化）退火工艺，节约了能源的成本。

GTML26-M	C	Si	Mn	P	S	AlS	Rm(MPa)	Z%	脱碳	硬度HRB
（标准值）	0.24~0.28	≤0.10	0.65~0.75	≤0.25	≤0.025	≥0.015	≤550	≥50	≤0.1%	≤80
实样样本检测批号J2B00797	0.25	0.04	0.69	0.015	0.006	0.02	515	53.0	0.11~0.13	72.9

四、关于存在的问题

1、质量虽有大幅提高，但还时常发生表面开裂、性能不稳定等问题；

2、精细化管理要求还未达到国外同行水平，例如，成份控制精度、元素组成的优化、批次稳定性、通条性等等均有差距；

3、与新兴产业发展关联的新钢种（航天航空、海洋工程、新能源核电、风电等）要求耐高温、超低温、抗疲劳、高可靠性，要求高批量小，很难组织生产，正常供应；

4、物流配置不合理，运输距离过长，成本上升，浪费能源，社会效益低。（300公里以内陆运，300-500公里火车及水运，800-1200公里海运最经济）

5、产能过剩，短期内难以调整、改善。

五、关于冷镦钢的价格问题

1、2012年1月至2013年6月钢材价格的基本情况 （以马钢35K出厂价为例）

2012	4650	4570	4540	4660	4580	4390	4130	3910	3680	3890	4070	4130
2013	4247	4306	4106	3950	3772	3673

由上表看出，2012全年有1000元/吨的落差，从4月份起一路下跌，至9月份基本最低，这与所有钢铁产品一致。4月份以前国有大型钢铁企业的进口矿仍是高价位，约170-180美元/吨，在需求不旺的情况下产生非常严重的供大于求，几乎是一路直线下跌。到9月份国庆节前钢厂、贸易商、生产厂库存都在最低点，进口矿在这半年间（2012.9.27）的最低价为85~88美元，正常维持在110-130美元之间，能够与钢材价格一一对应。2013年，似乎与去年有相似的变化轨迹，只是以二月份为最高点；逐月下降，跌幅已达人民币700元/吨，按目前的价位，钢厂经销商都处在亏损状态中。

2、影响冷镦线材价格波动的因素是：

（1）整体经济形势；

（2）大宗资源性物资的价格直势趋向（矿石、油、煤）；

（3）美元对人民币的汇率波动带来的直接和间接影响；

（4）市场的供需关系，供需平衡问题（包括紧固件生产企业的订单，开工率及需求）；

（5）某一时间段的社会（钢厂，商贸，工厂）的库存情况；

（6）建筑线材的行情和价格走势。

3、今年钢材价格的预测

（1）总体走势不旺，钢厂产能过剩，紧固件市场内销、外贸均无特别明显好转，尤其我国钢铁行业产能过剩受地方保护主义和区域局部利益的抑制2-3年内难有突破；

（2）权威机构曾预测从现在起国际矿价的变化进入下行通道，但仍有贸易壁垒、政治影响，呈拉锯态势；

（3）社会成本、环保、劳动力成本只升不降；

（4）钢价的国际平衡问题也起到一定作用；

（5）从历史的经验看，成本是影响价格的主要因素，但供求关系是影响价格的决定因素，2013年上半年起有一次价格的下行波动是不可避免的。

（6）从行业的角度看钢价偏低是利少弊多，不但冲击打压紧固件产品价格，还易引起贸易摩擦和纠纷。阻滞品质提升和技术进步。从发展的眼光看国产冷镦线材的价格和价值提升是必然趋势。

很多厂商为了满足客户的要求，对紧固件都要进行表面处理，其紧固件表面处理指的是通过某些方法，在紧固件表面形成一个覆盖层的过程，这能不仅能够提高紧固件本身的防腐蚀能力，还使得紧固件外观比较美化。关于紧固件表面处理方法有以下三大法宝。

法宝1、紧固件的电镀

紧固件的电镀是指将紧固件中需要被电镀的部分浸入特定的水溶液中,水溶液里会含有一些沉积的金属化合物,这样在以电流通过水溶液后,溶液内的金属物质析出并附着在紧固件的浸入部分上。紧固件的电镀一般包括镀锌、铜、镍、铬、铜镍合金等。

法宝2、紧固件的热浸镀锌

紧固件的热浸镀锌是将碳钢成分的吹塑磨具紧固件浸入到热度约为510℃的溶化锌的镀槽内,这样紧固件表面上的铁锌合金会转变为钝化锌,从而获得表面处理效果。紧固件的热浸镀锌处理价格要高于电镀,约为每公斤1.5到2元。

法宝3、紧固件的机械镀

紧固件的机械镀是指通过特定物理和化学手段,以镀层金属的粉,来冲击紧固件的表面,这样镀层金属就通过冷焊的形式,在紧固件表面形成涂层,达到表面处理效果。紧固件的机械镀主要适用于螺钉、螺帽和垫片等备件。