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在緊固件的質(zhì)量管控中會(huì)進(jìn)行一些測(cè)試，以確保產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而在使用中實(shí)現(xiàn)最佳性能。硬度測(cè)試是評(píng)估緊固件部件制造工藝的常規(guī)測(cè)試之一，用于評(píng)估黑色金屬緊固件的滲碳和脫碳，或評(píng)估螺紋軋制工藝的影響，以及通過(guò)加工硬化對(duì)有色金屬緊固件的相關(guān)強(qiáng)度改進(jìn)。一些ISO 和ASTM 標(biāo)準(zhǔn)，如EN ISO898，ASTM F2328M或ASTM El077，ASTM F606/M和ISO 3887，都對(duì)硬度測(cè)試的方法進(jìn)行了說(shuō)明。
本文將重點(diǎn)介紹黑色金屬材料的一些硬度測(cè)試要求，以及評(píng)估緊固件的備選方法，包括如何對(duì)有色金屬材料進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。
對(duì)于黑色金屬材料對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，如圖1所示，該方法可以確定母材金屬區(qū)域的高度（E）和部分脫碳區(qū)/滲碳區(qū)的檢測(cè)（2）。
脫碳層分布圖示意
1. 全脫碳層
2. 不完全脫碳層
3. 中徑線
4. 基體金屬
E. 基體金屬高度
G. 全脫碳層
Hl. 最大實(shí)體條件下外蝶紋的牙高度
此外，螺紋滾壓工藝作為一種常見(jiàn)的強(qiáng)化方法，與螺紋加工緊固件或未滾壓螺紋的熱處理緊固件相比，滾壓工藝可將材料強(qiáng)度提高至少25%，并且具有將疲勞強(qiáng)度提高75%的額外優(yōu)勢(shì)?？梢赃M(jìn)行硬度測(cè)試來(lái)判定這些方法的不同。
硬度測(cè)試
常規(guī)部件測(cè)試和回火檢查
對(duì)于無(wú)法進(jìn)行拉伸測(cè)試的緊固件，可以進(jìn)行硬度測(cè)試，以驗(yàn)證熱處理工藝，并確保所需的硬度不超過(guò)緊固件上允許的最大硬度。如果部件的硬度超過(guò)最大允許水平，部件在使用過(guò)程中就會(huì)發(fā)生脆化。常規(guī)的硬度檢查通常是在合適的表面或穿過(guò)緊固件螺紋區(qū)域的橫截面上進(jìn)行的。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了10千克力的最小載荷，以及在螺紋橫截面上的特定區(qū)域，如圖2所示，應(yīng)在這些區(qū)域?qū)β菁y軸進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試也可以在頭部平面、緊固件的末端或在沒(méi)有螺紋的柄部（除去任何電鍍或其他涂層）進(jìn)行。
1.緊固件軸線示意圖 2. 1/2半徑區(qū)域是一體
顯示了應(yīng)進(jìn)行壓痕測(cè)試的位置，以及實(shí)際的洛氏測(cè)試
另一個(gè)關(guān)鍵測(cè)試是回火檢查。這是為了確認(rèn)在熱處理過(guò)程中是否達(dá)到了最低回火溫度，這在緊固件部件失效的爭(zhēng)端或仲裁中尤為重要。該測(cè)試包括對(duì)緊固件進(jìn)行回火，將其保持在比最低回火溫度低10°C的溫度下，然后使用顯微硬度計(jì)檢查來(lái)獲得回火后的平均值。對(duì)回火前和回火后的平均值進(jìn)行比較。平均硬度值的任何減少都應(yīng)小于20HV。
脫碳/滲碳的硬度評(píng)估
作為常規(guī)部件測(cè)試的替代方法，黑色緊固件也可以通過(guò)硬度壓痕來(lái)評(píng)估脫碳/滲碳檢查，如圖3所示。熱處理過(guò)程中的脫碳/滲碳會(huì)導(dǎo)致碳的損失偏低。測(cè)試的目的是通過(guò)確定母材區(qū)高度來(lái)確定脫碳/滲碳層的深度，以及通過(guò)顯微硬度檢查確定哪里存在部分或全部脫碳/滲碳。脫碳/滲碳評(píng)估需要對(duì)緊固件進(jìn)行金相制備，在螺紋軸附近進(jìn)行切片，并在進(jìn)行顯微硬度評(píng)估之前將樣品經(jīng)過(guò)一系列的研磨和拋光處理。適用的測(cè)試力和測(cè)試標(biāo)尺的關(guān)鍵選擇標(biāo)準(zhǔn)是緊固件的螺紋間距大小。
脫/滲碳的3個(gè)點(diǎn)的示意圖區(qū)
E. 螺紋末脫碳)層高度，mm
H1. 最大實(shí)體條件下外螺紋的牙高度
1&2&
3. 測(cè)量點(diǎn)（1是參照點(diǎn)）
4. 中徑線
脫碳:HV(2)≥HV(1)-30
滲碳:HV(3)≤HV(1)+30
進(jìn)行滲碳評(píng)估是為了驗(yàn)證是否符合所需的硬度規(guī)格，并確保不超過(guò)最大硬度。高度滲碳的區(qū)域會(huì)導(dǎo)致表面脆化，從而影響螺紋部件的抗疲勞性。
現(xiàn)代緊固件硬度評(píng)估
脫碳/滲碳評(píng)估
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的另一種方法是從螺紋的峰頂向螺紋的核心區(qū)域進(jìn)行一系列的壓痕測(cè)試。測(cè)試結(jié)果將顯示從表面到核心區(qū)域的硬度變化。這將是一種值得推薦的方法，以突出核心硬度方面的相當(dāng)大的變化。同樣，也可以在螺距層面進(jìn)行一系列壓痕，壓痕垂直于表面，如圖4所示。在下面的圖示中使用了維氏硬度壓痕，壓痕間距設(shè)置為距表面0.120mm，每個(gè)壓痕之間的間距為0.120mm。測(cè)試程序中可以設(shè)定與芯部硬度正負(fù)30維氏/努氏硬度相關(guān)的限值，用于脫碳/滲碳評(píng)估。當(dāng)超過(guò)這些限值時(shí)，會(huì)有一個(gè)圖示說(shuō)明是否已經(jīng)超過(guò)脫碳/滲碳限值。
結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的傳統(tǒng)方法
進(jìn)行緊固件螺紋分析的現(xiàn)代方法示意圖
螺紋軋制硬度檢查
螺紋滾壓工藝不是傳統(tǒng)的金屬加工工藝，而是通過(guò)在緊固件的螺紋周?chē)T發(fā)硬化和強(qiáng)化來(lái)改變材料的機(jī)械性能。同樣，在緊固件制造過(guò)程中，柄部和頭部區(qū)域會(huì)發(fā)生加工硬化，對(duì)于某些合金材料，也可以對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行評(píng)估，以說(shuō)明其硬度值較高。如圖5中的顯微照片所示，這些部件也可以通過(guò)硬度圖來(lái)對(duì)緊固件進(jìn)行定性和定量概述。
A部分緊固件螺紋，由于軋制而觀察到的晶粒流動(dòng)
B顯示軋制的螺紋緊固件
C顯示頭部和柄部區(qū)域周?chē)挠捕葓D
D顯示了拋光截面上的晶粒流動(dòng)
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