高強(qiáng)度螺栓

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用高強(qiáng)度鋼制造的，或者需要施以較大預(yù)緊力的螺栓，皆可稱為高強(qiáng)度螺栓。高強(qiáng)度螺栓多用于橋梁、鋼軌、高壓及超高壓設(shè)備的連接。這種螺栓的斷裂多為脆性斷裂。應(yīng)用于超高壓設(shè)備上的高強(qiáng)度螺栓，為了保證容器的密封，需要施以較大的預(yù)應(yīng)力。

定義

關(guān)于高強(qiáng)度螺栓的幾個(gè)概念1.按規(guī)定螺栓的性能等級(jí)在8.8級(jí)以上者,稱為高強(qiáng)度螺栓.現(xiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只羅列到M39,對(duì)于大尺寸規(guī)格,特別是長(zhǎng)度大于%10~15倍的高強(qiáng)度螺栓,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)尚屬短線。

高強(qiáng)螺栓與普通螺栓區(qū)別:

高強(qiáng)度螺栓就是可承受的載荷比同規(guī)格的普通螺栓要大。

普通螺栓的材料是Q235(即A3)制造的。高強(qiáng)度外六角螺栓
高強(qiáng)度外六角螺栓
高強(qiáng)度螺栓的材料35#鋼或其它優(yōu)質(zhì)材料，制成后進(jìn)行熱處理，提高了強(qiáng)度。

兩者的區(qū)別是材料強(qiáng)度的不同。

從原材料看:

高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度材料制造。高強(qiáng)螺栓的螺桿、螺帽和墊圈都由高強(qiáng)鋼材制作，常用45號(hào)鋼、40硼鋼、20錳鈦硼鋼、35CrMoA等。普通螺栓常用Q235(相當(dāng)于過去的A3)鋼制造。

從強(qiáng)度等級(jí)上看:高強(qiáng)度T型槽螺栓
高強(qiáng)度T型槽螺栓
高強(qiáng)螺栓，使用日益廣泛。常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，其中10.9級(jí)居多。普通螺栓強(qiáng)度等級(jí)要低，一般為4.4級(jí)、4.8級(jí)、5.6級(jí)和8.8級(jí)。

從受力特點(diǎn)來看:高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力和靠摩擦力傳遞外力。普通螺栓連接靠栓桿抗剪和孔壁承壓來傳遞剪力，擰緊螺帽時(shí)產(chǎn)生預(yù)拉力很小，其影響可以忽略不計(jì)，而高強(qiáng)螺栓除了其材料強(qiáng)度很高之外，還給螺栓施加很大預(yù)拉力，使連接構(gòu)件間產(chǎn)生擠壓力，從而使垂直于螺桿方向有很大摩擦力，而且預(yù)拉力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類都直接影響高強(qiáng)螺栓的承載力。根據(jù)受力特點(diǎn)分承壓型和摩擦型.兩者計(jì)算方法不同。高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格M12，常用M16~M30，超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。

高強(qiáng)度螺栓摩擦型和承壓型連接的區(qū)別:

高強(qiáng)螺栓連接是通過螺栓桿內(nèi)很大的擰緊預(yù)拉力把連接板的板件夾緊，足以產(chǎn)生很大的摩擦力，從而提高連接的整體性和剛度，當(dāng)受剪力時(shí)，按照設(shè)計(jì)和受力要求的不同，可分為高強(qiáng)螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)螺栓承壓型連接兩種，兩者的本質(zhì)區(qū)別是極限狀態(tài)不同，雖然是同一種螺栓，但是在計(jì)算方法、要求、適用范圍等方面都有很大的不同。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接是以外剪力達(dá)到板件接觸面間由螺栓擰緊力所提供的可能最大摩擦力作為極限狀態(tài)，也即是保證連接在整個(gè)使用期間內(nèi)外剪力不超過最大摩擦力。板件不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移變形(螺桿和孔壁之間始終保持原有的空隙量)，被連接板件按彈性整體受力。在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，高強(qiáng)螺栓承壓型連接中允許外剪力超過最大摩擦力，這時(shí)被連接板件之間發(fā)生相對(duì)滑移變形，直到螺栓桿與孔壁接觸，此后連接就靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓以及板件接觸面間的摩擦力共同傳力，最后以桿身剪切或孔壁承壓破壞作為連接受剪的極限狀態(tài)?？傊?，摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓實(shí)際上是同一種螺栓，只不過是設(shè)計(jì)是高強(qiáng)度螺栓
高強(qiáng)度螺栓
否考慮滑移。摩擦型高強(qiáng)螺栓絕對(duì)不能滑動(dòng)，螺栓不承受剪力，一旦滑移，設(shè)計(jì)就認(rèn)為達(dá)到破壞狀態(tài)，在技術(shù)上比較成熟;承壓型高強(qiáng)螺栓可以滑動(dòng)，螺栓也承受剪力，最終破壞相當(dāng)于普通螺栓破壞(螺栓剪壞或鋼板壓壞)。

分類

摩擦型高強(qiáng)度螺栓:適用于鋼框架結(jié)構(gòu)梁、柱連接，實(shí)腹梁連接，工業(yè)廠房的重型吊車梁連接，制動(dòng)系統(tǒng)和承受動(dòng)荷載的重要結(jié)構(gòu)的連接。

承壓型高強(qiáng)度螺栓:可用于允許產(chǎn)生少量滑動(dòng)的靜載結(jié)構(gòu)或間接承受動(dòng)荷載的構(gòu)件中的抗剪連接。

抗拉型高強(qiáng)度螺栓:螺栓受拉時(shí)，疲勞強(qiáng)度較低，在動(dòng)載作用下，其承載能力不易超過0.6P(P為螺栓的允許軸力)，因此，僅適用于靜載作用下使用，如受壓桿件的法藍(lán)對(duì)接、T型接頭等。

品質(zhì)

當(dāng)今大飛機(jī)、大型發(fā)電設(shè)備、汽車、高速火車、大型船舶、大型成套設(shè)備等為代表的先進(jìn)制造已將進(jìn)入重要的發(fā)展方向。由此，緊固件將進(jìn)入重要的發(fā)展階段。高強(qiáng)度螺栓用于重要機(jī)械的連接，反復(fù)的拆裝或各式的安裝扭矩法對(duì)高強(qiáng)度螺栓要求極高。因此，對(duì)其表面狀況及螺紋精度的好壞，將直接影響主機(jī)的使用壽命及安全。為了改善摩擦系數(shù)，避免在使用過程中出現(xiàn)銹蝕、咬死或卡住，技術(shù)要求規(guī)定其表面應(yīng)進(jìn)行鎳磷鍍處理。鍍層厚度保證在0.02~0.03mm范圍內(nèi)，鍍層均勻，致密、無***等。

螺栓材料為:18Cr2Ni4W、25Cr2MoV鋼;螺栓規(guī)格:M27~M48。由于該類鋼容易在表面形成一層鈍化膜，而此鈍化膜將使螺栓不能獲得附著力良好的化學(xué)鎳磷層，所以必須采取特殊的前處理措施將膜先行除去，并且應(yīng)采取措施阻止其再生成，才能保證鍍后的鍍層與基體之間具有良好的結(jié)合力。同時(shí)由于該螺栓幾何尺寸大，都給鎳磷鍍處理及過程的品質(zhì)檢測(cè)增加了難度。

加工工藝

折疊鍍前工藝

熱軋盤條-(冷撥)-球化(軟化)退火-機(jī)械除鱗-酸洗-冷撥-冷鍛成形-螺紋加工-熱處理-檢驗(yàn)

沉頭螺釘，內(nèi)六角圓柱頭螺栓采用冷鐓工藝生產(chǎn)時(shí)，鋼材的原始組織會(huì)直接影響著冷鐓加工時(shí)的成形能力。冷鐓過程中局部區(qū)域的塑性變形可達(dá) 60 %- 80 %，為此要求鋼材必須具有良好的塑性。當(dāng)鋼材的化學(xué)成分一定時(shí)，金相組織就是決定塑性優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素，通常認(rèn)為粗大片狀珠光體不利于冷鐓成形，而細(xì)小的球狀珠光體可顯著地提高鋼材塑性變形的能力。 對(duì)高強(qiáng)度螺栓用量較多的中碳鋼和中碳合金鋼，在冷鐓前進(jìn)行球化(軟化)退火，以便獲得均勻細(xì)致的球化珠光體，以更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。 對(duì)中碳鋼盤條軟化退火而言，其加熱溫度多選擇在該鋼材臨界點(diǎn)上下保溫，加熱溫度一般不能太高，否則會(huì)產(chǎn)生三次滲碳體沿晶界析出，造成冷鐓開裂，而對(duì)于中碳合金鋼的盤條采用等溫球化退火，在 AC1+(20-30%) 加熱后，爐冷到略低于 Ar1 ，溫度約 700 攝氏度等溫一段時(shí)間，然后爐冷至 500 攝氏度左右出爐空冷。鋼材的金相組織由粗變細(xì)，由片狀變球狀，冷鐓開裂率將大大減少。 35\45\ML35\SWRCH35K 鋼軟化退火溫度一般區(qū)域?yàn)?715 - 735 攝氏度;而 SCM435\40Cr\SCR435 鋼球化退火加熱溫度一般區(qū)域?yàn)?740 - 770 攝氏度，等溫溫度 680 - 700 攝氏度。

冷鐓鋼盤條去除氧化鐵板工序?yàn)閯兞?，除鱗，有機(jī)械除鱗和化學(xué)酸洗兩種方法。用機(jī)械除鱗取代盤條的化學(xué)酸洗工序，既提高了生產(chǎn)率，又減少了環(huán)境污染。此除鱗過程包括彎曲法(普遍使用帶三角形凹槽的圓輪反覆彎曲盤條)，噴九法等，除鱗效果較好，但不能使殘余鐵鱗去凈(氧化鐵皮清除率為 97 %)，尤其是氧化鐵皮粘附性很強(qiáng)時(shí)，因此，機(jī)械除鱗受鐵皮厚度，結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)的影響，使用于低強(qiáng)度緊固件(小于等于 6.8 級(jí))用的碳鋼盤條。高強(qiáng)度螺栓(大于等于 8.8 級(jí))用盤條在機(jī)械除鱗后，為除凈所有的氧化鐵皮，再經(jīng)化學(xué)酸洗工序即復(fù)合除鱗。 對(duì)低碳鋼盤條而言，機(jī)械除鱗殘留的鐵皮容易造成粒拔模不均勻磨損。當(dāng)粒拔?？子捎诒P條鋼絲摩擦外溫時(shí)粘附上鐵皮，使盤條鋼絲表面產(chǎn)生縱向粒痕，盤條鋼絲冷鐓凸緣螺栓或圓柱頭螺釘時(shí)，頭部出現(xiàn)微裂紋的原因， 95 %以上是鋼絲表面在拉拔過程中產(chǎn)生的劃痕所引起。因此，機(jī)械除鱗法不宜用來高速拉通常，螺栓頭部的成形采用冷鐓塑性加工，同切削加工相比，金屬纖維(金屬留線)沿產(chǎn)品形狀呈連續(xù)狀，中間無切斷，因而提高了產(chǎn)品強(qiáng)度，特別是機(jī)械性能優(yōu)良。 冷鐓成形工藝包括切料與成形，分單工位單擊，雙擊冷鐓和多工位自動(dòng)冷鐓。一臺(tái)自動(dòng)冷鐓機(jī)分別在幾個(gè)成型凹模里進(jìn)行沖壓，鐓鍛，擠壓和縮徑等多工位工藝。 單工位或多工位自動(dòng)冷鐓機(jī)使用的原始毛坯的加工特點(diǎn)是由材料尺寸長(zhǎng) 5 - 6 米的棒料或重量為 1900 - 2000KG 的盤條鋼絲的尺寸決定的，即加工工藝的特點(diǎn)在于冷鐓成型不是采用預(yù)先切好的單件毛坯，而是采用自動(dòng)冷鐓機(jī)本身由棒料和盤條鋼絲切取和鐓粗的(必要時(shí))毛坯。 在擠壓型腔之前，毛坯必須進(jìn)行整形。通過整形可得到符合工藝要求的毛坯。在鐓鍛，縮徑和正擠壓之前，毛坯不需整形。毛坯切斷后，送到鐓粗整形工位。該工位可提高毛坯的質(zhì)量，可使下一個(gè)工位的成型力降低 15 - 17 %，并能延長(zhǎng)模具壽命，制造螺栓可采用多次縮徑。 1. 用半封閉切料工具切割毛坯，最簡(jiǎn)單的方法是采用套筒式切料工具;切口的角度不應(yīng)大于 3 度;而當(dāng)采用開口式切料工具時(shí)，切口的斜角可達(dá) 5 - 7 度。 2. 短尺寸毛坯在由上一個(gè)工位向下一個(gè)成型工位傳遞過程中，應(yīng)能翻轉(zhuǎn) 180 度，這樣能發(fā)揮自動(dòng)冷鐓機(jī)的潛力，加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的緊固件，提高零件精度。 3. 在各個(gè)成型工位上都應(yīng)該裝有沖頭退料裝置，凹模均應(yīng)帶有套筒式頂料裝置。 4. 成型工位的數(shù)量(不包括切斷工位)一般應(yīng)達(dá)到 3 - 4 個(gè)工位(特殊情況下 5 個(gè)以上)。 5. 在有效使用期內(nèi)，主滑塊導(dǎo)軌和工藝部件的結(jié)構(gòu)都能保證沖頭和凹模的定位精度。 6. 在控制選料的擋板上必須安裝終端限位開關(guān)，必須注意鐓鍛力的控制。 在自動(dòng)冷鐓機(jī)上制造高強(qiáng)度緊固件所使用的冷撥盤條鋼絲的不圓度應(yīng)在直徑公差范圍內(nèi)，而較為精密的緊固件，其鋼絲的不圓度則應(yīng)限制在 1/2 直徑公差范圍內(nèi)，如果鋼絲直徑達(dá)不到規(guī)定的尺寸，則零件的鐓粗部分或頭部就會(huì)出現(xiàn)裂痕，或形成毛刺，如果直徑小于工藝所要求的尺寸，則頭部就會(huì)不完整，棱角或漲粗部分不清晰。 冷鐓成型所能達(dá)到的精度還同成型方法的選擇和所采用的工序有關(guān)。此外，它還取決于所用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工藝特點(diǎn)及其狀態(tài)，工模具精度，壽命和磨損程度。 冷鐓成型和擠壓使用的高合金鋼，硬質(zhì)合金模具的工作表面粗糙度不應(yīng)大 Ra=0.2um, 這類模具工作表面的粗糙度達(dá)到 Ra=0.025-0.050um 時(shí)，