标准概述
本标准规定了自攻螺钉的力学性能和试验方法。以下是关键章节的结构化概述：
- 技术要求涵盖材料、冶金性能和机械性能标准。
- 测试方法：详细说明冶金和机械测试程序。
- 扭矩扳手规格扭矩测试工具的要求。
- 常问问题常见问题及专业见解。
技术要求
该标准详细规定了自钻自攻螺钉的各项要求，以确保其在紧固应用中的可靠性。这类螺钉设计用于一次完成钻孔和攻丝，广泛应用于建筑、汽车和机械行业。
材料
自攻螺钉必须采用渗碳钢或热处理钢制造。这种选择确保了螺钉芯部的延展性和表面的硬度之间达到必要的平衡，这对于无需预钻孔即可钻穿钢或铝等材料至关重要。
冶金性能
螺钉的冶金性能对其在应力下的性能至关重要。适当的热处理可以防止开裂或脆化等失效现象。
表面硬度
自钻自攻螺钉经热处理后，表面硬度应至少达到 530 HV 0.3。这种高表面硬度能够有效进行钻孔和攻丝，减少安装过程中螺钉尖端的磨损。
核心硬度
处理后的芯材硬度规定如下：
- 螺纹尺寸≤ST 4.2时，耐压强度为320 HV 5至400 HV 5。
- 螺纹尺寸 > ST 4.2 时，耐压强度为 320 HV 10 至 400 HV 10。
建议的最低回火温度为 330°C。避免回火温度范围为 275°C 至 315°C，以最大程度地降低回火马氏体脆化的风险，这种脆化可能导致在负载下过早失效。
案例深度
保护层深度必须符合表 1 中的数值。该深度可确保钻削时有足够的硬化层，同时保持岩芯韧性。
| 螺纹尺寸 | 最小（毫米） | 最大值（毫米） |
|---|---|---|
| ST 2.9 和 ST 3.5 | 0.05 | 0.18 |
| ST 4.2 至 ST 5.5 | 0.10 | 0.23 |
| ST 6.3 | 0.15 | 0.28 |
微观结构
在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。这可以确保强度均匀，并防止出现可能导致剪切失效的薄弱区域。
氢脆
电镀自攻螺钉存在氢脆断裂的风险。制造商和电镀厂必须采取措施，包括按照GB/T 3098.17进行测试，以控制这种风险。此外，还应考虑GB/T 5267.1中关于电镀紧固件氢脆消除的要求，以提高其长期耐久性。
机械性能
机械性能决定了螺钉在各种操作条件下的性能，包括钻孔、攻丝和承载能力。
钻井性能
螺钉的钻孔部分必须钻出一个预制孔，该孔适合在 4.2.1 节规定的测试条件下挤出配合的内螺纹。这样可以确保无需额外工具即可高效安装。
螺纹成形性能
在按照 3.3.1 预制的孔中，螺钉按照 4.2.1.1 拧入试验板时，应挤出配合的内螺纹而不发生变形。该特性对于薄材料的牢固紧固至关重要。
扭转强度
按照 4.2.3 进行测试时，扭转强度应确保失效扭矩等于或超过表 4 中的值。高扭转强度可防止拧紧过程中发生断裂。
测试方法
标准化的测试方法验证是否符合要求，为质量保证提供可重复的结果。
冶金性能测试
表面硬度测试
按照 GB/T 4340.1 进行操作。压痕应在平面上，最好是在螺钉头上，以便准确测量硬化层。
芯部硬度测试
根据 GB/T 4340.1 标准对横截面进行显微切片分析，以评估内部韧性。
表壳深度测量
使用显微镜在纵向显微切片上测量，测量点位于牙槽嵴和牙根之间的中间位置，或者对于≤ ST 4.2 的螺钉，测量点位于牙根处。对于仲裁，使用显微维氏硬度计，在螺纹轮廓上施加 300 g 力，从超过芯部硬度 30 HV 的点开始计算。
微观结构测试
按照相关的金相检验标准进行检验，以确认无缺陷。
机械性能测试
钻孔和攻丝试验
测试设备
参见图 1 中的示例设置。测试板由低碳钢（碳含量 ≤ 0.23%）制成，硬度为 110 HV 30 至 165 HV 30，符合 GB/T 4340.1 标准。板厚见表 2。
| 螺纹尺寸 | 测试板厚度（毫米） | 轴向力（牛顿） | 最大拧紧时间（秒） | 螺杆转速（rpm） |
|---|---|---|---|---|
| ST 2.9 | 0.7 + 0.7 = 1.4 | 150 | 3 | 1800–2500 |
| ST 3.5 | 1 + 1 = 2 | 150 | 4 | 1800–2500 |
| ST 4.2 | 1.5 + 1.5 = 3 | 250 | 5 | 1800–2500 |
| ST 4.8 | 2 + 2 = 4 | 250 | 7 | 1800–2500 |
| ST 5.5 | 2 + 3 = 5 | 350 | 11 | 1000–1800 |
| ST 6.3 | 2 + 3 = 5 | 350 | 13 | 1000–1800 |
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。
测试程序
将涂层或未涂层试样旋入测试板，直至穿过一整圈螺纹。钻孔和攻丝过程中，按照表 2 中的轴向力和速度进行操作。
钻井检查
根据约定，使用符合 4.2.1.1 规定的试板（厚度符合表 3 的规定）进行钻孔检验。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。
| 螺纹尺寸 | 板材厚度（毫米） | 最小孔径（毫米） | 最大孔径（毫米） |
|---|---|---|---|
| ST 2.9 | 1 | 2.2 | 2.5 |
| ST 3.5 | 1 | 2.7 | 3 |
| ST 4.2 | 2 | 3.2 | 3.6 |
| ST 4.8 | 2 | 3.7 | 4.2 |
| ST 5.5 | 2 | 4.2 | 4.8 |
| ST 6.3 | 2 | 4.8 | 5.4 |
图 2 中的夹具是对图 1 的补充。套筒内径比螺纹大径大约 0.25 毫米。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断裂或过热。
扭矩测试
将螺钉夹紧在匹配的螺纹分体模具或装置中，注意不要损坏被夹紧部分。设置方法请参见图 3。夹紧后，至少有两圈完整的螺纹伸出，并且至少有两圈完整的螺纹（不包括钻尖）被固定。对于短螺钉，夹紧整个螺纹，但不要施加头部夹紧力。
使用校准过的装置施加扭矩直至螺钉断裂。螺钉必须满足表 4 中规定的最小失效扭矩要求。
| 螺纹尺寸 | 最小失效扭矩（牛米） |
|---|---|
| ST 2.9 | 1.5 |
| ST 3.5 | 2.8 |
| ST 4.2 | 4.7 |
| ST 4.8 | 6.9 |
| ST 5.5 | 10.4 |
| ST 6.3 | 16.9 |
扭力扳手
用于测试的扭矩扳手测量误差必须在规定扭矩值的±3%范围内。可以使用精度和扭矩显示功能相当的电动工具。仲裁测试应使用手动扭矩扳手，以确保精度和可重复性。
常问问题
- 根据该标准，自攻螺钉推荐使用哪些材料？
表面硬化钢或热处理钢，可提供钻孔所需的表面硬度和强度所需的芯材延展性。 - 如何控制电镀螺钉的氢脆现象？
通过电镀后烘烤和按照 GB/T 3098.17 进行测试等措施，以及 GB/T 5267.1 中的考虑，最大限度地降低断裂风险。 - 避免在 275–315°C 的回火温度范围内进行回火有什么意义？
该温度范围可引起回火马氏体脆化，导致脆性断裂；在≥330°C下回火可确保更好的韧性。 - 应如何测试不同尺寸螺钉的芯部硬度？
对于≤ ST 4.2，根据GB/T 4340.1，在横向显微切片上使用HV 5；对于> ST 4.2，使用HV 10，以进行准确的内部性能评估。 - 钻井试验中施加了哪些轴向力？为什么？
每个螺纹尺寸的力从 150 N 到 350 N 不等（表 2），以模拟安装条件，防止过载损坏钻尖。 - 为什么扭转强度测试至关重要？
它验证了螺钉能够承受安装扭矩而不断裂，从而确保了表 4 中规定的高紧固要求应用中的可靠性。
