介绍
本文详细介绍了GB/T 3098.11-2002标准中规定的自钻自攻螺钉的机械性能标准。这些标准确保了自钻螺钉在紧固应用中的可靠性和功能性，涵盖材料、冶金性能和机械性能等方面。自钻螺钉无需预钻孔即可自行钻孔并形成螺纹，因此在建筑、汽车和制造业等行业中至关重要。
技术要求
1.1 材料
自钻自攻螺钉应采用渗碳钢或热处理钢制造，以提供钻孔和攻丝操作所需的硬度和耐久性。
1.2 冶金性能
1.2.1 表面硬度
自攻螺钉经热处理后，表面硬度应至少为 530 HV0.3。
1.2.2 芯部硬度
处理后的芯材硬度应为：
- 螺纹尺寸≤ST4.2时，硬度为320 HV5至400 HV5；
- 螺纹尺寸 > ST4.2 时，硬度为 320 HV10 至 400 HV10。
建议的最低回火温度为 330°C。应避免回火温度在 275°C 至 315°C 之间，以最大程度地降低回火马氏体脆化的风险。
1.2.3 渗碳层深度
渗碳层的深度应符合表1中的数值。
| 螺纹尺寸 | 最低限度 | 最大限度 |
|---|---|---|
| ST2.9 和 ST3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST4.2 至 ST5.5 | 0.10 | 0.23 |
| ST6.3 | 0.15 | 0.28 |
1.2.4 微观结构
热处理后的显微组织中，表面硬化层与芯部之间不应出现带状铁素体。
1.2.5 氢脆
电镀自攻螺钉存在因氢脆而断裂的风险。制造商和/或电镀厂应采取措施（包括按照GB/T 3098.17进行测试）来控制这种风险。此外，还应考虑GB/T 5267.1中关于消除电镀紧固件氢脆的要求。
1.3 机械性能
1.3.1 钻井性能
螺钉的钻孔部分应钻出一个预制孔，该孔适合在第 2.2.1 节规定的试验条件下挤出配合的内螺纹。
1.3.2 螺纹成形性能
在按照第 2.2.1 节钻好的预制孔中，自攻螺钉在拧入第 2.2.1.1 节规定的试验板时，应挤出配合的内螺纹而不发生变形。
1.3.3 扭转强度
按照第 2.2.3 节进行测试时，扭转强度应确保失效扭矩等于或大于表 4 中的值。
测试方法
2.1 冶金性能测试
2.1.1 表面硬度试验
表面硬度测试应按照GB/T 4340.1进行。压痕应在平面上进行，最好是在螺钉头上进行。
2.1.2 岩心硬度试验
芯材硬度测试应按照GB/T 4340.1在横截面显微切片上进行。
2.1.3 渗碳层深度测量
渗碳层深度应使用显微镜在螺纹侧面纵向显微切片上测量，位置在螺纹顶部和底部中间，或者对于≤ ST4.2 的螺钉，则在螺纹底部测量。仲裁时，使用显微维氏硬度计，在螺纹轮廓上施加 300 g 的试验力，从硬度超过芯部硬度 30 HV 的点开始计算深度。
2.1.4 微观结构测试
显微组织检测应遵循相关的金相检验标准。
2.2 机械性能测试
2.2.1 钻孔攻丝试验
2.2.1.1 测试设备
试验板应采用低碳钢制成，碳含量≤0.23%，硬度为110 HV30～165 HV30（符合GB/T 4340.1标准）。板厚应符合表2的规定。试验装置如图1所示（此处未显示；具体图示请参见标准）。
| 螺纹尺寸 | 测试板厚度（毫米） | 轴向力（牛顿） | 最大拧紧时间（秒） | 负载下螺杆转速（转/分钟） |
|---|---|---|---|---|
| ST2.9 | 0.7 + 0.7 = 1.4 | 150 | 3 | 1800–2500 |
| ST3.5 | 1 + 1 = 2 | 150 | 4 | 1800–2500 |
| ST4.2 | 1.5 + 1.5 = 3 | 250 | 5 | 1800–2500 |
| ST4.8 | 2 + 2 = 4 | 250 | 7 | 1800–2500 |
| ST5.5 | 2 + 3 = 5 | 350 | 11 | 1000–1800 |
| ST6.3 | 2 + 3 = 5 | 350 | 13 | 1000–1800 |
注：测试板厚度可能由两块钢板组成。这些数值仅用于验收检验。
2.2.1.2 测试程序
根据应用需要，将涂层或未涂层螺钉拧入测试板，直至穿过一整圈螺纹。表 2 中的轴向力和螺钉转速适用于钻孔和攻丝。
2.2.2 钻井检查
经双方同意，可进行钻孔检验。测试板按 2.2.1.1 节规定，厚度按表 3 规定。预先冲压定位点。钻孔后，最大孔径不得超过表 3 规定的限值。图 2 中的夹具（图中未显示；参见标准）是对图 1 的补充，其套筒内径比螺纹大径大约 0.25 mm。套筒长度允许钻尖伸出。表 2 中的轴向力用于指导安装；超过规定值可能导致钻尖断裂或过热。
| 螺纹尺寸 | 板材厚度 | 最小孔径 | 最大孔径 |
|---|---|---|---|
| ST2.9 | 1 | 2.2 | 2.5 |
| ST3.5 | 1 | 2.7 | 3 |
| ST4.2 | 2 | 3.2 | 3.6 |
| ST4.8 | 2 | 3.7 | 4.2 |
| ST5.5 | 2 | 4.2 | 4.8 |
| ST6.3 | 2 | 4.8 | 5.4 |
2.2.3 扭矩测试
将螺钉夹紧在匹配的螺纹分模或装置中，注意不要损坏被夹紧部分。图 3（图中未示出；请参阅标准）展示了该装置的示例。夹紧后，至少有两圈完整的螺纹伸出装置之外，并且至少有两圈完整的螺纹（不包括钻尖）被牢固夹紧。对于短螺钉，夹紧整个螺纹，但不要对螺钉头部施加力。使用校准过的装置施加扭矩直至螺钉断裂。螺钉的断裂扭矩应符合表 4 中的规定（单位：N·m）。
| 螺纹尺寸 | 最低限度 |
|---|---|
| ST2.9 | 1.5 |
| ST3.5 | 2.8 |
| ST4.2 | 4.7 |
| ST4.8 | 6.9 |
| ST5.5 | 10.4 |
| ST6.3 | 16.9 |
扭矩测试时，扭矩扳手的测量误差应在规定值的±3%范围内。可使用精度相当的功率设备。仲裁时，使用手动扭矩扳手。
常问问题
- 根据GB/T 3098.11-2002标准，自钻自攻螺钉需要哪些材料？
- 它们必须采用渗碳钢或热处理钢制造，才能达到规定的硬度和性能。
- 如何控制电镀螺钉的氢脆现象？
- 制造商和电镀商必须采取措施，包括按照 GB/T 3098.17 进行测试，并考虑按照 GB/T 5267.1 去除氢，以防止断裂风险。
- 这些螺钉的最低表面硬度是多少？
- 热处理后表面硬度必须至少达到 530 HV0.3。
- 为什么要避免某些回火温度？
- 在 275°C 至 315°C 之间进行回火会增加回火马氏体脆化的风险；建议最低回火温度为 330°C。
- ST4.8螺钉的扭转强度要求是什么？
- 按照规定的方法进行测试时，最小失效扭矩为 6.9 N·m。
- 仲裁中如何测量渗碳层深度？
- 使用显微维氏硬度计，以 300 克力对螺纹轮廓进行硬度测试，从硬度比芯部硬度高 30 HV 的点开始。
