金属紧固件的金相
由于几何形状复杂，即使对于经验最丰富的金相分析人员而言，金属紧固件（如螺栓、螺钉、销钉和铆钉）也可能是一个挑战。在本应用说明中，您可以找到用于制备金属紧固件样品进行金相测试（包括螺栓测试）的成熟方法和技术。
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紧固 - 很多工业组件的重要组成部分
金属紧固件在很多应用中用于固定零部件和组件。这些紧固件通常对结构安全至关重要。因此，金属紧固件是流程和质量控制中一个非常常见的金相测试目标。金相可用于原材料的抽查、生产过程的控制和验证、失效分析或螺栓测试。对金属紧固件进行的金相测试包括尺寸检查、结构检查和定量分析。
紧固件技术
紧固件技术包括各种紧固件。金属紧固件，如螺栓、螺钉、销钉和铆钉，可以分成两大类。- 螺纹紧固件，如螺栓、螺母和螺钉。
- 无螺纹紧固件，如铆钉和销钉。
紧固解决方案和材料的选择取决于应用的要求，包括强度、扭矩和环境条件。常用的紧固件材料和应用：
| 紧固材料 | 常见应用 |
| 碳钢和低碳钢 | 用于一般应用的紧固解决方案 |
| 高强度钢 | 建筑和机械工程 |
| 不锈钢 | 高度耐腐蚀性紧固解决方案 |
| 镍和钴 | 用于高温应用的紧固解决方案 |
| 钛 | 飞机、医疗和食品行业 |
| 黄铜和紫铜 | 装饰轨和饰件 |
装饰轨和饰件
在制备金属紧固件样品进行金相分析时，金相分析人员面临两个主要挑战。
切割： 在夹紧紧固件以进行切割时，金属紧固件的尺寸和形状可能会影响切割。
图 1： 在镶样前切掉螺钉头多余部分
镶样： 金属紧固件的螺纹和螺钉头上的收缩间隙可能会影响边缘保护，使试样清洁变得困难。
图 2： 螺纹，由于收缩间隙造成的着色
要了解有关如何应对这些挑战的完整说明，请下载完整的应用说明。
紧固件生产和紧固件技术
简单的无螺纹金属紧固件（如销钉和连杆）是一种最古老的紧固件技术。螺纹铆钉、螺钉和螺栓是后来出现的，最初是用贵金属生产的。紧固件技术最大的一个发展是可以承受碾压力的延展性金属的出现。此时，采用冷成型进行金属紧固件的大规模生产。如今，广泛采用无切削成形（轧制），通过冷压或热压成型。
金属紧固件的冷成型
冷压是迄今为止生产金属紧固件的最常用方法。将连续的线材送入挤压机。然后，用模具压缩线材并减小其直径，直到形成正确的形状。螺纹通过冷轧形成。在某些情况下，可使用感应淬火来增加金属紧固件的表面硬度。
- 为获得优质的钢材质紧固件，可采用不同的热处理方法以获得特定的材料特性。
- 低碳钢经过渗碳处理，可形成坚硬的表面和柔韧的中心结构。
- 碳钢经过淬火和回火处理。
- 高质量的结构螺钉可在初始成形后进行加工，以实现特定的形状、公差和表面。
金属紧固件的热成型
热成型仍可用于非常大或复杂形状的金属螺栓。
金属紧固件的防腐蚀保护
为了提高防腐性能，可以在紧固件上涂上磷酸锰、磷酸锌或磷酸铁，然后涂上油脂。如果需要更强的防腐性能，可以在金属紧固件上镀锌和镉或铬，或者用镉和铝进行气相沉积。
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要了解金属紧固件的生产所涉及的各种流程和技术的详细信息，请下载完整的应用说明。
图 3： 冷镦是一种基本加工方法，可以在“冷”状态下将圆形线材加工成必要的形状。加工过程必须保持晶粒的连续性，以确保金属紧固件的完整性。
图 4： 在螺纹轧制过程中，坯料在两个具有精确平行槽的平模之间进行轧制。冷加工或热加工，轧制的螺纹坚固且光滑，不浪费材料。
金属紧固件的切割和镶样建议
制备金属紧固件样品进行金相测试（包括螺栓测试）时的主要挑战是几何形状。由于突起的头部，所以很难在进行断面切割时牢固地夹住紧固件。此外，头部和弯曲的螺纹也可能会在镶样时导致收缩间隙。这对于涂层金属尤为重要，因为如果边缘保护不好，则无法正确检查紧固件的涂层。下面，我们就如何应对这些挑战给出了简要的建议。要更全面地了解如何制备金属紧固件样品进行金相分析和螺栓测试，请下载完整的应用说明。
切割： 如何牢固地夹住金属紧固件
- 对于中型或薄型的螺钉和螺栓，可以制作专用的螺纹固定器，在切割过程中对螺钉或螺栓进行固定。
- 对于较小的螺钉、铆钉和螺栓，可在一侧修整头部，以便可以平放紧固件。镶样后，将紧固件磨至中心。
镶样： 如何避免金属紧固件试样出现收缩间隙
- 对于热镶嵌，使用热压镶嵌或含有硬质填料的树脂，如 DuroFast、PolyFast 或 LevoFast。
- 对于冷镶嵌，使用环氧树脂，如 Epofix，因为其收缩率最小。
- 镶样前，使用脱脂剂彻底清洁试样。
- 非常小的螺钉和螺栓应使用一块金属或塑料作为垫片进行镶嵌。然后将紧固件磨至中心。
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图 5： 用于螺钉和螺栓的专用固定器。
金属紧固件的研磨和抛光建议
制备紧固件样品进行金相测试时，可能需要粗磨到试样中心。这可以使用磨石在自动研磨机上完成。具体的研磨和抛光方法应依据紧固件的材料。多年来，Struers 为多种不同的紧固解决方案、材料和应用（包括螺栓测试）开发了特定的制样方法。在完整的应用说明中，您可以找到成熟的详细制样方法，用于研磨和抛光合金钢螺栓和铜材质螺钉。
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图 6： 螺栓测试： 左侧是碳钢螺栓头的裂口（由裂缝造成），右侧是螺栓裂缝的横截面（经 3% 硝酸乙醇蚀刻）。
* 6 个镶嵌样品的值，直径 30 mm。夹在固定器中。
* 6 个镶嵌样品的值，直径 30 mm。夹在固定器中。
金属紧固件的蚀刻
制备金属紧固件样品进行金相分析时，应选择适合紧固件金属材质的蚀刻溶液和方法。结果的解释
很多机械缺陷，如毛刺、裂缝和褶皱，都可以通过目视检查或无损的方法进行检测。但是，要确定缺陷的深度，可能需要进一步的金相制样。- 微观结构缺陷通常是由热处理引起的，如过度加热、晶粒生长或脱碳。
- 断裂通常是长期承受应力的结果，如弯曲、接紧和冷热循环。
图 7： 因过度加热而熔化的晶界。镍基合金，经改性 Kalling 蚀刻剂蚀刻。
金属紧固件的材相
螺纹和非螺纹金属紧固件，如销钉和螺栓，是最古老的紧固件技术之一。如今，金属紧固件仍然广泛用于固定零部件和组件。因此，紧固件测试和螺栓测试是金相分析人员常用的程序。金相测试通常用于检查生产以及后续热处理过程中产生的机械和热损坏。
制备紧固件样品进行金相测试时的主要挑战是由几何形状引起的。头部的形状可能会在切割过程中使紧固件的夹牢变得困难，而螺纹可能会在镶样时导致收缩间隙。可以通过使用特定的制样方法和/或工具来应对这些挑战。研磨、抛光和蚀刻方法的选择应依据紧固件的材料。
下载应用说明，获取有关如何制备紧固件和螺栓样品进行测试的完整说明，包括用于研磨和抛光合金钢螺栓及铜材质螺钉的详细制样方法。
图 8： 显示脱碳的螺纹断面，经 5% 硝酸乙醇蚀刻。
