M6六角螺母硬度測試方法的研究

李 偉

(中國航空工業集團公司金城南京機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生的塑性變形，包括產生壓痕或劃痕的能力。硬度不是一個單純的物理量，而是反映材料彈性、強度與塑性的綜合性能指標。螺母硬度偏小會影響緊固效果，螺母的螺絲扣容易損壞變形而導致脫扣，失去緊固作用[1]；螺母硬度偏大[2]，螺絲脆性增加，容易發生斷裂，從而對螺母硬度的準確測量提出了更高的要求。

1 試驗方案

1.1 試驗試樣

選取三組不同牌號、相同性能等級、同一種規格的螺母試樣分別采用兩種洛氏硬度標尺進行硬度檢測。

表1 三組不同試驗試樣

1.2 試樣加工

按照標準GB 715.2—89緊固件硬度試驗方法，對于直徑≥6 mm和材料抗拉強度>780 MPa的螺母，硬度試樣必須進行磨平處理，去除表面氧化皮、鍍層、涂層等覆蓋物，磨平后試樣上下兩個平整表面相互平行，試樣表面應與壓頭軸線垂直，硬度試樣如圖1所示。硬度試樣加工過程中，應防止過熱或冷作硬化。洛氏硬度和表面洛氏硬度試驗試樣表面的粗糙度為0.8 μm。

(a)示意圖；(b)實物圖

1.3 試驗條件

在室溫條件下，洛氏硬度試驗在HR-150A洛氏硬度計上進行；表面洛氏硬度試驗在HR2-45表面洛氏硬度計上進行。硬度計均處于檢定有效日期范圍內。

1.4 試驗方法

按照標準GB 715.2—89緊固件硬度試驗方法，對三組螺母硬度試樣分別進行HRC標尺的洛氏硬度試驗和HR3ON標尺的表面洛氏硬度試驗，每個試樣的試驗點數應不少于四點，其中第一點不計。試驗過程中記錄各點硬度值和平均值。螺母硬度試樣應穩固地放置在試驗臺上，保證試驗過程中不發生位移和撓曲，否則試驗數據無效[3]。

2 試驗結果

2.1 1Cr11Ni2W2MoV螺母

牌號為1Cr11Ni2W2MoV的M6六角螺母的硬度值見表2。由表2可知，采用HRC標尺測出的硬度試驗結果明顯低于采用HR3ON標尺測出的硬度試驗[4]結果。1Cr11Ni2W2MoV螺母分別采用HRC和HR3ON標尺測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標尺；(b)1#試樣，HR3ON標尺；(c)2#試樣，HRC標尺；(d)2#試樣，HR3ON標尺；(e)3#試樣，HRC標尺；(f)3#試樣，HR3ON標尺

表2 不同標尺測量1Cr11Ni2W2MoV螺母的硬度值

按照標準GB 715.2—89緊固件硬度試驗方法和GB/T 230.1—2018金屬材料洛氏硬度試驗方法規定，任一壓痕中心距試樣邊緣的距離應不小于壓痕直徑(或包絡圓直徑)的2.5倍。由表3可知，使用HRC標尺對規格M6的1Cr11Ni2W2MoV螺母測量的洛氏硬度壓痕不符合標準要求[5]，使用HR3ON標尺測出的表面洛氏硬度壓痕符合標準要求。

表3 1Cr11Ni2W2MoV螺母的硬度壓痕大小及距邊緣距離

2.2 30CrMnSiA螺母

牌號為30CrMnSiA的M6六角螺母的硬度值見表4。由表4可知，采用HRC標尺測出的硬度試驗結果明顯低于采用HR3ON標尺測出的硬度試驗結果。30CrMnSiA螺母分別采用HRC和HR3ON標尺測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 不同標尺測量30CrMnSiA螺母的硬度值

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

表5 30CrMnSiA螺母不同標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

按照標準GB 715.2—89緊固件硬度試驗方法和GB/T 230.1—2018金屬材料洛氏硬度試驗方法規定，任一壓痕中心距試樣邊緣的距離應不小于壓痕直徑(或包絡圓直徑)的2.5倍。由表5可知，使用HRC標尺對規格M6的30CrMnSiA螺母測量的洛氏硬度壓痕不符合標準要求，使用HR3ON標尺測出的表面洛氏硬度壓痕符合標準要求。

2.3 1Cr17Ni2螺母

牌號為1Cr17Ni2[6]的M6六角螺母的硬度值見表6。由表6可知，采用HRC標尺測出的硬度試驗結果明顯低于采用HR3ON標尺測出的硬度試驗結果。1Cr17Ni2螺母分別采用HRC和HR3ON標尺測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 不同標尺測量1Cr17Ni2螺母的硬度值

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

表7 1Cr17Ni2螺母不同標尺硬度壓痕大小及距邊緣距離

按照標準GB 715.2—89緊固件硬度試驗方法和GB/T 230.1—2018金屬材料洛氏硬度試驗方法規定，任一壓痕中心距試樣邊緣的距離應不小于壓痕直徑(或包絡圓直徑)的2.5倍。由表7可知，使用HRC標尺對規格M6的1Cr17Ni2螺母測量的洛氏硬度壓痕不符合標準要求，使用HR3ON標尺測出的表面洛氏硬度壓痕符合標準要求。

3 結論

由以上數據結果可知：采用HRC標尺測出的硬度壓痕直徑在781～799 μm之間，遠大于380 μm，因此測出的硬度值是錯誤的；而采用HR3ON標尺測出的硬度壓痕直徑在339～357 μm之間，已經是能采用的最大標尺。

按照HB 0-94黑色金屬硬度與強度換算表，抗拉強度為980±100 MPa的螺母硬度值合格范圍為27～35 HRC。如果采用HRC標尺進行測試硬度，就會發生誤判，從而產生嚴重的后果。

按照GB 715.2—89規定，規格M6抗拉強度范圍為980±100 MPa的螺母應該使用HRC標尺進行測試硬度，這是不太合理的，測出的硬度值偏低，容易產出誤判，應該采用HR3ON標尺或更輕的負荷進行硬度測量。