「轻量化连接专栏」铝合金螺栓的开拓与应用

随着工程中，越来越大通过减轻重量来保持能量,铝的利用量注定要增长。

铝制紧固件的重量，是其同类钢制紧固件重量的1/3。
这种常常被利用的合金的强度特性出奇的好。

实际上,在强质比上,铝制紧固件比其它任何一种工贸易用材料制成的紧固件都要高。

铝是不可磁化的。
铝的热电传导性很好,约为同体积下铜传导性能的2/3。
铝有很好的加工特性,易于冷成型和热锻。

在正常环境下,铝有足够的抗堕落能力。
而且当估量的暴露环境很恶劣时,它的抗堕落能力可以通过阳极处理得到极大的改进。

阳极处理是一种在金属表面形成氧化膜的电加工工艺。
阳极处理不仅增强了抗堕落的能力,同时还增强了对磨损和划伤的保护能力。
阳极镀层出于装饰和辨认的目的有着很多种颜色。
在大气堕落中,铝在表面形成一层淡灰色的氧化膜。
这些堕落产物不会污染铝的表面,或者蔓延到毗邻的表面上,它和其他很多金属在堕落浸染下的表现在这一点上不一样。

此外，铝合金螺栓还可以办理钢、铝联接导致的电化学堕落，以及钢制螺栓与铝制被联接件因热膨胀系数的不一致，当温度变革会导致螺纹联接副的附加应力，增加铝合金的蠕变风险，削弱预紧力的保持能力。

01 工 艺

铝合金基本工艺路线如下：

冷成型－洗濯－热处理(退火+时效硬化)－辗制螺纹－洗濯－润滑－验收。

02 线 材

纯铝的抗拉强度约为13,000psi,增加少量合金元素而极大进步强度是可能的。
2XXX、6XXX、7XXX的铝合金对热处理的效果很好。
因此,实际上所有用于载荷通报的螺纹紧固件都由这三大类铝合金制成。

有四种铝合金险些是专用的。

2024-T4型铝合金(含4.5%的铜,1.6%的锰,1.5%的镁,别的为铝)是重负荷合金。
它在强度、抗堕落性、制造性、经济性的结合上达到了的平衡,广泛地运用于螺纹紧固件的制造。

用7075-T73型铝合金(含1.6%的铜,2.5%的锰,0.3%的铬,别的为铝)制成的螺栓、螺钉和双头螺栓在强度上有了眇小的进步,而且由于“T73”分外的热处理工艺,使它能在很大程度上阻挡应力堕落的发生。
但昂贵的造价使它的遍及受到限定。

6061-T6型铝合金(含0.6%的硅,0.25%的铜,1%的镁,0.2%的铬,别的为铝)可用于设计对抗堕落能力有更高哀求的内、外螺纹紧固件。

6062-T9型铝合金(含0.6%的硅,0.25%的铜,1%的镁,0.09%的铬,0.5%的铅,别的为铝)险些为设计螺母专用。
这种合金比6061-T6型铝合金强度更高并有相对较好的抗堕落性。

6063-T9型铝合金制成的全厚度螺母有足够的强度用来合营2024-T4或7075-T73型铝合金制成的螺栓。
机用螺钉、螺母和其它1/4英寸及更小尺寸的螺母用2024-T4型铝合金制成。

已经提到的四种铝合金在螺纹承载紧固件的制造中运用最为广泛,而其它的铝合金则用于其它类型紧固件的制造业。
小固体、半管和盲铆钉分别由1100-F、5052-F、5056-F型铝合金制得。
可热处理的2017-T4、2117-T4、2024-T4、6061-T6型铝合金和相对新研制出的7075-T73型铝合金有着优胜的抗剪强度,并且不须要进行“预传动处理”就可以传动。

平垫圈常日由镀铝的2024-T4合金制得;螺旋弹簧垫圈常日用7075-T6合金制得;攻牙螺钉可利用7075-T6合金制得;自攻螺钉由同材料合金通过阳极处理得到。
2011-T3型铝合金(含5.5%的铜,0.5%的铅,0.5%的铋,别的为铝)可用于制造螺纹切削机的零件。

03 性能

外螺纹紧固件铝合金材料2024-T4、6061-T6和7075-T73的强度特性在B-158页的ASTMF468有详细论述;螺母铝合金材料2024-T4、6061-T6和6062-T9的强度特性在B-184页的ASTMF467中有详细论述。

在这里有必要解释一下铝合金制螺纹紧固件和其它金属材料制紧固件在机器性能上的两点差别。

第一点便是:打算零件的负载能力时,要测定横截面牙底部分的区域而不是面积更大的拉应力区域。
只有在ASTMF468的表格2中给定的机器测试样本的抗拉、屈从强度值才是真正的强度值。
在对全体尺寸的紧固件做强度打算时,可以做适当的调度。
这样在将应力值与螺纹受力区域面积相乘以打算以磅为单位的负载能力时,打算结果大约即是表中“真值”与更小的牙底区域面积的乘积。

第二点是:铝合金紧固件的硬度差异很小,而且象检讨准则一样没什么意义。
作为硬度测试的更换,常日引进抗剪强度测试。

表面处理

螺栓采取氧化处理及封孔处理。
基于阳极氧化和微弧氧化处理有很好的提升抗晶界堕落的浸染，本铝合金螺栓采取表面氧化处理。
由于铝合金线材其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝螺栓的抗蚀性、耐磨性及外表的都雅度。

其紧张过程为：

(1)、表面预处理。

用化学或物理的方法对螺栓表面进行洗濯，袒露出纯净的基体，以利于得到完全、致密的人工氧化膜。
还可以通过机器手段得到镜面或无光(亚光)表面；

(2)、阳极氧化。

经表面预处理的螺栓，在一定的工艺条件下，基体表面发生阳极氧化，天生一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层；

(3)、封孔。

将阳极氧化后天生的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭，使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。
氧化膜是无色透明的，利用封孔前氧化膜的强吸附性，在膜孔内吸附沉积一些金属盐，可使型材外表显现本色(银白色)以外的许多颜色，如:玄色、古铜色、金黄色及不锈钢色等。

氧化处理及封孔处理哀求:GB/T8013．1的V级；耐盐雾堕落性(CASS)为72h，级别≥9;耐碱性≥125s;耐磨性f≥300g/m。

04 螺纹辗制

螺纹辗制安排在热处理工艺之后，使螺栓机器性能进一步优化、晶间堕落的敏感性最小、提高了疲倦强度(降落螺纹牙底影响)以及螺纹破坏的风险最小。

并且，铝的材料性子决定了必须采取多工位冷成型设备对全体杆部包括螺栓颈部冷成型。
须要把稳的是，铝合金螺栓制造过程中应避免与钢制螺栓和螺钉制造用设备、工装(模具、刀具等)混用。

05 摩擦系数的掌握

采取浸渍办法涂覆摩擦系数稳定剂，并作为全体制造过程末了一道工序，实现了拧紧速率的有效掌握，有效降落了量产紧固件间摩擦系数值的变异差以稳定拧紧扭矩、匆匆进紧固件在震撼摆动环境下的锁紧力。

采取了含高分子聚合物的水性胶状分散液摩擦系数稳定剂，是一种分外的干式润滑剂。
可采取浸渍办法涂覆，经烘干固化后以形成一附着性佳的透明润滑薄膜。

且因这种分外的干式润滑由于膜层极薄，避免了产生影响公差的问题。
预涂润滑水蜡的零件可储存备用，随时供应组装并符合自动化操作。

06 应 用

奔驰 7速、9速 变速箱壳体连接

奥迪 B系列 铝合金发动机壳体与铝合金变速箱壳体连接

07 总 结

1、铝合金螺栓是汽车轻量化目标下，紧固件连接的空想选择。

2、与碳钢螺栓比较,可减重达65%(0.5-1kg/变速箱)运用于镁/铝合金部件，可避免打仗部位电化学堕落防堕落效果强于镀层或者组合垫圈。

3、用于镁合金部件连接时，可大幅减少高温情形下的预紧力松弛。

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