图 1

3）在紧固件头部成形过程中，金属的晶粒流线在正确的方向上是很重要的。向螺栓头部与杆部交界处的圆角处急剧移动的晶粒流线不能产生良好的流动（见图2）。这可能会使紧固件在安装过程中头部容易断裂。

图 2 在头部成形过程中，金属的晶粒流线向正确的方向成形是非常重要的。左边的图像表示符合SAE USCAR8规范的可接受颗粒流。

我们在制造过程中需要检查紧固件，以确定合适的晶粒流动模式，检查员用盐酸和水将样品紧固件的头部分段煮沸1分钟，这样就可以很容易地评估晶粒的流动。例如，我们的汽车客户使用的所有头螺栓和螺钉必须满足SAE USAC8规范的晶粒流动模式。

4）当扭矩太大时，靠近头部的螺纹太近的话会增加头部的压力。这种情况也可能导致从头到杆部的失败。因为这个缺陷会增加径向应力，当它出现在紧固件中时会加速氢脆（见图3）。

图 3  氢脆是紧固件失效的常见原因。照片中的箭头表示荷载应力区域。

当氢在紧固件电镀过程中被吸附在钢中并沿晶界移动到应力集中时，会发生内部氢脆。这可能会在负载下导致突然的灾难性故障。

5）大多数螺纹紧固件都经过电镀或保护涂层处理，以防止生锈或腐蚀，然后根据ASTM B117（盐雾试验）测试其抗腐蚀性，这一过程可能导致保护涂层的破坏。

6）在最终测试和装配的过程中，每个紧固件都会遭受一些或多或少的破坏，导致保护涂层可能会受损。在使用过程中可能出现过早的红色（氧化铁）锈蚀。

7）另一个常见的问题是浸渍旋涂。它提供了极好的防腐蚀保护，但当过多的电镀填充小螺钉的头部时，可能会导致不能顺利的钻孔。

紧固件的几何结构、材料、热处理、表面处理和其他因素都会影响其从装配到安装产品的使用寿命期间的性能，因此，应始终将紧固件视为工程部件而不是简单的标准件。

3 紧固件选择建议

高质量的紧固要求紧固件与所连接的材料以及紧固件（如果是螺栓）与螺母完美匹配。例如，使用带有5级螺母的8级螺栓将产生低于预期的夹紧力。

由于产品小型化，正确的紧固件选择比以往任何时候都更加重要，紧固件处理不仅要相同的负载，还要在更小的空间内使用更轻、更薄的材料。

（1）不建议重复使用，重复使用的螺母上的螺纹比配对螺栓上的螺纹稍软，此外，由于螺纹摩擦增加，每次额外使用时，这些螺纹都会被压缩并不断失去夹紧载荷。您可以看到这种情况对车轮螺柱的影响，这些螺柱通常在行驶120000英里左右后失效。

（2）建议不要在同一部件中使用不同类型的螺栓或过长的螺栓。在前一种情况下，硬度较高的紧固件最终将承载大部分载荷。太长螺栓上的螺纹在连接处的减震会相对较少，实际上会导致该区域过早的金属疲劳。

（3）美学是一个合理的考虑，制造商通常希望紧固件头能增强组装产品的外观。例如，哈雷戴维森使用镀铬和不锈钢螺母和螺栓组装摩托车链轮、控制台和空气滤清器。这些紧固件必须仍然能够抵抗振动和环境湿度。

（4）制造商防止紧固件失效的另一种方法是只购买完全符合所有设计规范的紧固件。几年前，波音公司开始更加严格地执行其拒绝向公司供应所有不合格紧固件的政策。此举是对美国联邦航空局（FAA）计划罚款波音275万美元的回应，原因是该公司2008年在777型飞机上安装了不合格的紧固件。

4 紧固件的装配注意事项

正确的制造和选择是防止紧固件失效的重要第一步。拧紧过程中确保达到规定的要求（很多情况下特别是野外维修维护都可能会出现达要么不到规范要求要么过度拧紧），并保持紧固件螺纹完整性。

（1）过度拧紧可能导致装配过程中紧固件断裂，这是显而易见的，也可能导致螺纹剥离，这可能不是那么明显。后者特别危险，因为螺栓连接的完整性可能会受到损害，组装人员无法检测到。

（2）正确理解紧固件的润滑性（摩擦和扭矩系数等）有助于最终用户在使用扭矩时获得最佳夹紧载荷。然而，紧固件上不需要的润滑剂，如装配工手中的一点油，可能会导致过紧。这会通过增加夹紧力来改变连接处的扭矩张力值。当紧固件未充分拧紧至较低的夹紧载荷时，超过该夹紧载荷的周期性或波动性载荷可能很快导致疲劳。

（3）未拧紧的紧固件承受的外部载荷比预期的要大。可能先出现一些小的异常噪音如吱吱声和嘎嘎声，一直到灾难性的疲劳失效。

（4）拧紧不足也有可能是由于嵌件松弛造成的。例如，当螺栓嵌入软材料中时，无法完全压紧连接处。螺母装配不当是拧紧不足的另一个原因。当螺母拧下得太快时，会产生反弹效应，拧紧处会稍微回弹松动。此外，由于螺栓长度范围内的扭转性松弛，拧紧螺栓头部而不是螺母会减少10%到15%的夹紧载荷。

（5）螺纹需要尽可能保持清洁，尽管有少量润滑剂，以便于安装和拆卸。即使螺纹上的微小颗粒物也会降低紧固件在安装过程中的摩擦系数。这会增加结合处张力和应力，使紧固件容易发生故障。紧固件摩擦系数平均为0.15，但根据润滑剂和紧固件镀层的不同而有所不同。

（6）有时可以通过不同角度重新装配零件来修复螺纹错扣。但是，如果螺纹几何形状不准确，则可能需要修理或更换零件。如果不修复螺纹错扣问题，紧固件可能无法安装到正确位置，导致螺纹将无法承受规定的夹紧力。

（7）当压力和摩擦导致螺栓螺纹卡在螺母或螺纹孔的螺纹上时，就会产生磨损。如果紧固件因磨损而卡住，则通常需要切断螺栓或拆下螺母的情况下才能完成拆卸。