M6六角螺母硬度測(cè)試方法的研究

李 偉

(中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司金城南京機(jī)電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211106)

硬度是指材料抵抗更硬物體壓入而產(chǎn)生的塑性變形，包括產(chǎn)生壓痕或劃痕的能力。硬度不是一個(gè)單純的物理量，而是反映材料彈性、強(qiáng)度與塑性的綜合性能指標(biāo)。螺母硬度偏小會(huì)影響緊固效果，螺母的螺絲扣容易損壞變形而導(dǎo)致脫扣，失去緊固作用[1]；螺母硬度偏大[2]，螺絲脆性增加，容易發(fā)生斷裂，從而對(duì)螺母硬度的準(zhǔn)確測(cè)量提出了更高的要求。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)試樣

選取三組不同牌號(hào)、相同性能等級(jí)、同一種規(guī)格的螺母試樣分別采用兩種洛氏硬度標(biāo)尺進(jìn)行硬度檢測(cè)。

表1 三組不同試驗(yàn)試樣

1.2 試樣加工

按照標(biāo)準(zhǔn)GB 715.2—89緊固件硬度試驗(yàn)方法，對(duì)于直徑≥6 mm和材料抗拉強(qiáng)度>780 MPa的螺母，硬度試樣必須進(jìn)行磨平處理，去除表面氧化皮、鍍層、涂層等覆蓋物，磨平后試樣上下兩個(gè)平整表面相互平行，試樣表面應(yīng)與壓頭軸線垂直，硬度試樣如圖1所示。硬度試樣加工過(guò)程中，應(yīng)防止過(guò)熱或冷作硬化。洛氏硬度和表面洛氏硬度試驗(yàn)試樣表面的粗糙度為0.8 μm。

(a)示意圖；(b)實(shí)物圖

1.3 試驗(yàn)條件

在室溫條件下，洛氏硬度試驗(yàn)在HR-150A洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行；表面洛氏硬度試驗(yàn)在HR2-45表面洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行。硬度計(jì)均處于檢定有效日期范圍內(nèi)。

1.4 試驗(yàn)方法

按照標(biāo)準(zhǔn)GB 715.2—89緊固件硬度試驗(yàn)方法，對(duì)三組螺母硬度試樣分別進(jìn)行HRC標(biāo)尺的洛氏硬度試驗(yàn)和HR3ON標(biāo)尺的表面洛氏硬度試驗(yàn)，每個(gè)試樣的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于四點(diǎn)，其中第一點(diǎn)不計(jì)。試驗(yàn)過(guò)程中記錄各點(diǎn)硬度值和平均值。螺母硬度試樣應(yīng)穩(wěn)固地放置在試驗(yàn)臺(tái)上，保證試驗(yàn)過(guò)程中不發(fā)生位移和撓曲，否則試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)效[3]。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 1Cr11Ni2W2MoV螺母

牌號(hào)為1Cr11Ni2W2MoV的M6六角螺母的硬度值見(jiàn)表2。由表2可知，采用HRC標(biāo)尺測(cè)出的硬度試驗(yàn)結(jié)果明顯低于采用HR3ON標(biāo)尺測(cè)出的硬度試驗(yàn)[4]結(jié)果。1Cr11Ni2W2MoV螺母分別采用HRC和HR3ON標(biāo)尺測(cè)試硬度的硬度壓痕圖、壓痕大小和中心距邊緣距離如圖2和表3所示。

(a)1#試樣，HRC標(biāo)尺；(b)1#試樣，HR3ON標(biāo)尺；(c)2#試樣，HRC標(biāo)尺；(d)2#試樣，HR3ON標(biāo)尺；(e)3#試樣，HRC標(biāo)尺；(f)3#試樣，HR3ON標(biāo)尺

表2 不同標(biāo)尺測(cè)量1Cr11Ni2W2MoV螺母的硬度值

按照標(biāo)準(zhǔn)GB 715.2—89緊固件硬度試驗(yàn)方法和GB/T 230.1—2018金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法規(guī)定，任一壓痕中心距試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕直徑(或包絡(luò)圓直徑)的2.5倍。由表3可知，使用HRC標(biāo)尺對(duì)規(guī)格M6的1Cr11Ni2W2MoV螺母測(cè)量的洛氏硬度壓痕不符合標(biāo)準(zhǔn)要求[5]，使用HR3ON標(biāo)尺測(cè)出的表面洛氏硬度壓痕符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 1Cr11Ni2W2MoV螺母的硬度壓痕大小及距邊緣距離

2.2 30CrMnSiA螺母

牌號(hào)為30CrMnSiA的M6六角螺母的硬度值見(jiàn)表4。由表4可知，采用HRC標(biāo)尺測(cè)出的硬度試驗(yàn)結(jié)果明顯低于采用HR3ON標(biāo)尺測(cè)出的硬度試驗(yàn)結(jié)果。30CrMnSiA螺母分別采用HRC和HR3ON標(biāo)尺測(cè)試硬度的硬度壓痕圖、壓痕大小及中心距邊緣距離如圖3和表5所示。

表4 不同標(biāo)尺測(cè)量30CrMnSiA螺母的硬度值

(a)1#試樣，HRC標(biāo)尺；(b)1#試樣，HR3ON標(biāo)尺；(c)2#試樣，HRC標(biāo)尺；(d)2#試樣，HR3ON標(biāo)尺；(e)3#試樣，HRC標(biāo)尺；(f)3#試樣，HR3ON標(biāo)尺

表5 30CrMnSiA螺母不同標(biāo)尺硬度壓痕大小及距邊緣距離 Table 5 Hardness indentation size and distance from the edge of 30CrMnSiA nut

按照標(biāo)準(zhǔn)GB 715.2—89緊固件硬度試驗(yàn)方法和GB/T 230.1—2018金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法規(guī)定，任一壓痕中心距試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕直徑(或包絡(luò)圓直徑)的2.5倍。由表5可知，使用HRC標(biāo)尺對(duì)規(guī)格M6的30CrMnSiA螺母測(cè)量的洛氏硬度壓痕不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，使用HR3ON標(biāo)尺測(cè)出的表面洛氏硬度壓痕符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 1Cr17Ni2螺母

牌號(hào)為1Cr17Ni2[6]的M6六角螺母的硬度值見(jiàn)表6。由表6可知，采用HRC標(biāo)尺測(cè)出的硬度試驗(yàn)結(jié)果明顯低于采用HR3ON標(biāo)尺測(cè)出的硬度試驗(yàn)結(jié)果。1Cr17Ni2螺母分別采用HRC和HR3ON標(biāo)尺測(cè)試硬度的硬度壓痕圖、壓痕大小及中心距邊緣距離如圖4和表7所示。

表6 不同標(biāo)尺測(cè)量1Cr17Ni2螺母的硬度值

(a)1#試樣，HRC標(biāo)尺；(b)1#試樣，HR3ON標(biāo)尺；(c)2#試樣，HRC標(biāo)尺；(d)2#試樣，HR3ON標(biāo)尺；(e)3#試樣，HRC標(biāo)尺；(f)3#試樣，HR3ON標(biāo)尺

表7 1Cr17Ni2螺母不同標(biāo)尺硬度壓痕大小及距邊緣距離

按照標(biāo)準(zhǔn)GB 715.2—89緊固件硬度試驗(yàn)方法和GB/T 230.1—2018金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法規(guī)定，任一壓痕中心距試樣邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕直徑(或包絡(luò)圓直徑)的2.5倍。由表7可知，使用HRC標(biāo)尺對(duì)規(guī)格M6的1Cr17Ni2螺母測(cè)量的洛氏硬度壓痕不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，使用HR3ON標(biāo)尺測(cè)出的表面洛氏硬度壓痕符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

由以上數(shù)據(jù)結(jié)果可知：采用HRC標(biāo)尺測(cè)出的硬度壓痕直徑在781～799 μm之間，遠(yuǎn)大于380 μm，因此測(cè)出的硬度值是錯(cuò)誤的；而采用HR3ON標(biāo)尺測(cè)出的硬度壓痕直徑在339～357 μm之間，已經(jīng)是能采用的最大標(biāo)尺。

按照HB 0-94黑色金屬硬度與強(qiáng)度換算表，抗拉強(qiáng)度為980±100 MPa的螺母硬度值合格范圍為27～35 HRC。如果采用HRC標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)試硬度，就會(huì)發(fā)生誤判，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

按照GB 715.2—89規(guī)定，規(guī)格M6抗拉強(qiáng)度范圍為980±100 MPa的螺母應(yīng)該使用HRC標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)試硬度，這是不太合理的，測(cè)出的硬度值偏低，容易產(chǎn)出誤判，應(yīng)該采用HR3ON標(biāo)尺或更輕的負(fù)荷進(jìn)行硬度測(cè)量。