NASA Fastener Design Manual 緊固件設(shè)計手冊 - 翻譯 1/14

達文中

微信公眾號：達文中 | 文章編號：2019-006（總：第6篇）| 發(fā)布時間：2019.10.21

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前言

在第5篇公眾號文章中我提到

這份名為Fastener Design Manual 的文件,，由RichardT. Barrett 在1990發(fā)表在NASA Reference Publication上，編號1228,�,？偣�100頁，其中前39頁是正文,，后面是附錄,。計劃等有時間再把很有參考價值的前39頁翻譯出來。
達文中,，公眾號：達文中鎖緊彈簧墊圈其實起不到鎖緊作用,？

設(shè)計手冊的內(nèi)容目錄，正文部分共2章14小節(jié)：

簡單摟了一眼,，我覺得這份手冊對于機械工程師來說有很好的借鑒意義,，于是利用業(yè)余時間逐章逐節(jié)逐句翻譯。計劃分14篇文章發(fā)布,，此文為第1篇,。

正文

NASA

美國國家航空航天局參考出版物 1228 - 1990年

美國國家航空航天局 - 行政管理辦公室 - 科學(xué)和技術(shù)信息部

緊固件設(shè)計手冊

Fastener Design Manual

[原著]

理查德·T·巴雷特 - 劉易斯研究中心 - 俄亥俄州,，克利夫蘭

[翻譯]

微信公眾號：達文中

修正說明

本手冊描述了可用于腐蝕控制的各種鍍層，包括鍍鎘和鍍鋅,。它沒有提到由這些金屬的相對較高的蒸汽壓引起的排氣問題,。緊固件手冊主要是為航空應(yīng)用而編寫的，在航空應(yīng)用中排氣通常不是典型的考慮因素,。

2008年6月17日發(fā)布

目錄

概要

本手冊是為設(shè)計工程師編寫的,，使他們能夠為自己的設(shè)計選擇合適的緊固件。主題包括緊固件材料選擇,、鍍層,、潤滑劑、腐蝕,、鎖定方法,、墊圈、嵌件,、螺紋類型和類別,、疲勞載荷和緊固件扭矩。設(shè)計標準的一節(jié)包括了扭矩公式的推導(dǎo),、緊固件組上的載荷,、同時發(fā)生的剪切和拉伸載荷、螺紋孔的拔出載荷,、握柄長度,、頭部樣式和緊固件強度。本手冊的后半部分介紹了鉚釘和鎖緊螺栓的一般指導(dǎo)原則和選擇標準,。

導(dǎo)言

對于一般的觀察者來說,，設(shè)計中螺栓、螺母和鉚釘?shù)倪x擇應(yīng)該是一個簡單的任務(wù),。實際上,，這是一項艱巨的任務(wù)，需要仔細考慮溫度,、腐蝕,、振動、疲勞,、初始預(yù)緊力和許多其他因素,。本手冊的目的是提供足夠有關(guān)于螺栓和鉚釘材料、表面處理,、扭矩和螺紋潤滑劑的數(shù)據(jù),，以使設(shè)計者能夠?qū)μ囟ㄔO(shè)計做出合理選擇。鎖緊螺母、墊圈,、鎖定方法,、嵌件、鉚釘和螺紋孔也包括在內(nèi),。

一般設(shè)計信息

緊固件材料

螺栓可以由多種材料制成,，但大多數(shù)螺栓是由碳鋼、合金鋼或不銹鋼制成的,。不銹鋼包括鐵基和鎳基鉻合金,。鈦和鋁螺栓的用途有限，主要用于航空航天行業(yè),。

碳鋼是最便宜也是最常用的螺栓材料,。大多數(shù)五金店都出售碳鋼螺栓，這些螺栓通常是鍍鋅的,，以防止腐蝕,。這種螺栓材料的典型極限強度為55ksi。

合金鋼是一種高強度的碳素鋼,，可熱處理至300ksi,。然而，它不是耐腐蝕的,，因此必須有某種類型的涂層來保護它免受腐蝕,。航空航天合金鋼緊固件通常鍍鎘以防腐蝕。

不銹鋼 (CRES) 螺栓【Corrosion Resistant Steel,，即不銹鋼】有多種合金可供選擇,，其極限強度從 70 到 220 ksi。使用CRES的主要優(yōu)點是,，它通常不需要保護涂層,，并且具有比普通碳鋼或合金鋼更寬的使用溫度范圍。

表 I 列出了螺栓材料的部分清單,。應(yīng)注意以下注意事項：

(1)螺栓電鍍材料通常是最高使用溫度的限制因素。

(2)碳鋼和合金鋼在低于-65℉【約為-53.9℃】的溫度下不大理想(易脆),。

(3)氫脆化是大多數(shù)常見電鍍方法的一個問題，除非使用特殊的工藝,。(這個主題在腐蝕部分有更詳細的介紹,。)

(4)400系列CRES僅含12%的鉻，因此在某些環(huán)境下會被腐蝕,。

(5)不同材料的接觸會產(chǎn)生電偶腐蝕,，這可能成為一個主要問題。(電偶腐蝕將在本手冊的后續(xù)章節(jié)中介紹,。)

表 I 緊固件材料總結(jié)

[本節(jié)翻譯到此結(jié)束]

歷史文章

001 上海近20年平均工資vs平均房價直觀對比(1998~2017)

002 機械設(shè)計領(lǐng)域最高端資料【美國人不想讓你知道的國家機密】

003 推薦一位敬佩的老前輩：越南機械工程師Thang,！及其2934個視頻下載鏈接！

004 1847條最全英文諺語-中文對照,！及其下載鏈接

005 鎖緊彈簧墊圈其實起不到鎖緊作用？

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1,，NASA累計46年的高質(zhì)量論文集,，總計2.4G數(shù)據(jù),

2,，Thang 2934個Youtube動態(tài)機械3D視頻，總計1.8G數(shù)據(jù),
3,，機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊, Neil Sclater第一版(中文)-PDF文件36.6M,

4,，1847條最全英文諺語-中文對照, excel 133K,

5,，NASA緊固件設(shè)計手冊Fastener Design Manual-英文原版,，PDF文件5.2M

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NASA Fastener Design Manual 緊固件設(shè)計手冊 - 翻譯 2/14
鍍層和涂層


大多數(shù)電鍍工藝都是電解并產(chǎn)生氫氣,。因此，大多數(shù)電鍍工藝需要在電鍍后在遠低于電鍍材料分解溫度的溫度下烘烤,，以防止氫脆化,。然而，將鍍層加熱到其分解溫度可以再次產(chǎn)生游離氫,。因此,，超過電鍍的安全操作溫度會導(dǎo)致由于氫脆和失去腐蝕保護而導(dǎo)致的緊固件過早失效。(表II給出了鍍層和涂層的摘要,。)表II 鍍層和涂層總結(jié)

鍍鎘
最常見的航空航天緊固件電鍍材料是鎘,。電鍍是通過電沉積來完成的，而且很容易完成,。然而,，為了防止氫脆，鍍鎘部件必須在鍍后2小時內(nèi),，在375℉【約為190.6℃】的溫度下烘烤23小時,。由于鎘在600℉【約為315.6℃】熔化,，它的有效使用溫度限制是450℉【約為232.2℃】。


鍍鋅
鋅也是一種常見的鍍層,。熱浸鍍鋅法在商業(yè)上稱為鍍鋅,。鋅也可以電沉積。因為鍍鋅的表面比較暗淡,，所以外觀不如鎘好看,。然而，鋅是一種犧牲物質(zhì),。它會遷移到?jīng)]有鍍膜的地方,，這些地方的鍍層已經(jīng)被刮掉了，這樣就可以繼續(xù)提供抗腐蝕能力,。鋅也可以作為一種含鋅豐富的涂料冷涂,。鋅在785℉熔化，但有用的使用溫度最高到250℉,。(其抗蝕性能在140℉以上退化,。)

磷酸鹽涂層
鋼或鐵通過用稀釋的磷酸溶液處理材料表面來涂覆磷酸鹽，通常是將零件浸入專有的浴液中,。化學(xué)反應(yīng)形成一層溫和的晶體磷酸鹽保護層,。磷酸鹽涂層的三種主要類型是鋅、鐵和錳,。磷酸鹽涂層的部件可以很容易地涂漆,，也可以浸入油或蠟中以提高其耐腐蝕性。緊固件通常用鋅或錳磷化,。磷化零件中很少出現(xiàn)氫脆,。磷酸鹽涂層在225°F(對于重鋅)到400°F(對于磷酸鐵)時開始退化。

鍍鎳
鍍鎳,，不論是否鍍銅(薄鍍),，是防止腐蝕和改善鋼和黃銅外觀的最古老的方法之一。除非鍍鉻,，否則鍍鎳會失去光澤,。鍍鎳比鍍鎘或鍍鋅更昂貴，而且電鍍后必須和鍍鎘一樣烘烤,，以防止氫脆,。在1100°F的工作溫度下鍍鎳效果很好，但由于成本問題,，目前它仍然不常用于電鍍緊固件,。


離子氣相沉積鍍鋁
離子氣相沉積鋁電鍍是由McDonnell-Douglas公司開發(fā)的，用于飛機零部件的鍍膜,。與鍍鎘相比,，它有一些優(yōu)勢：(1)不產(chǎn)生氫脆,。(2)對不同材料的電偶腐蝕起絕緣作用。(3)涂層可接受高達925℉,。(4)也可用于鈦和鋁的涂層,。(5)該工藝不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物。它也有一些缺點：(1)由于該工藝必須在專門設(shè)計的真空室中進行,，因此相當昂貴,。(2)在鹽霧試驗中，鎘的性能優(yōu)于離子氣相沉積的鋁,。


鍍鉻
鍍鉻通常用于汽車和家電裝飾應(yīng)用，但不常用于緊固件,。鍍鉻緊固件的成本大約與不銹鋼緊固件相同,。好的鍍鉻要求在鍍鉻之前同時電鍍銅和鎳。鍍鉻也有氫脆問題,。但是,，對于800℉到1200℉的最高工作溫度，它是可以接受的,。


Serrnatel W和SerrnaGard
Sermatel W和SermaGard是專有涂料,，由無機粘結(jié)劑中的鋁顆粒組成[1]，添加鉻酸鹽以抑制腐蝕,。涂層材料由AMS3126A覆蓋,，工藝依據(jù)AMS2506。將涂層噴涂或浸漬在零件上,，并在650°F下固化,。(SPS Technologies[2]在900°F下測試了Sermatel W涂層緊固件，沒有發(fā)生退化,。) 由于緊固件被完全涂覆,，這種涂覆過程可以防止氫脆和應(yīng)力腐蝕。Sermatel在抗腐蝕方面與鍍鎘一樣有效,，但成本比鎘高出約15%,。目前沒有鍍有Sermatel W或SermaGard涂層的“現(xiàn)貨的”緊固件，但該公司將對緊固件或機械零件進行少量訂購,。這些涂層將在螺紋區(qū)域中進行多達15次拆卸,，而不會導(dǎo)致涂層嚴重退化。

Stalgard
Stalgard是一種專有的涂層工藝[3],，包括有機涂層,，無機-有機涂層，或兩者兼而有之,，用于耐腐蝕,。根據(jù)Stalgard測試數(shù)據(jù),，其涂層在鹽霧和風化測試中優(yōu)于鍍鎘或鍍鋅。Stalgard涂層還提供電偶腐蝕防護,。但是,，這些有機涂層的最高工作溫度為475°F。
擴散鍍鎳鎘
這種工藝是由航空航天公司開發(fā)的,，用于較高溫度的鎘涂層,。在基板上電鍍0.0004英寸厚的鎳鍍層，然后是0.0002英寸厚的鎳鍍層,。鎘板(符合AMS2416),。然后將部件在645°F下烘焙1小時，所得涂層可承受1000°F,。然而,，鎳板必須始終完全覆蓋部件，以避免鎘損壞部件,。這個過程成本高昂,，并且需要嚴密的控制。


鍍銀
對于大多數(shù)緊固件應(yīng)用來說,，鍍銀的成本高得令人望而卻步,。最大的例外是在航空航天工業(yè)，鍍銀螺母被用在不銹鋼螺栓上,。銀具有防腐蝕和干潤滑劑的雙重作用,。鍍銀可用于1600°F，是良好的高溫潤滑劑,。由于銀在正常的大氣中暴露會變色,，鍍銀螺母通常被涂上透明的蠟以防止變色。蠟是一種很好的室溫潤滑劑,。因此,，扭矩表的正常“干扭矩”值應(yīng)降低50%,，以適應(yīng)這種潤滑劑,。

鈍化與預(yù)氧化
除非在組裝之前進行鈍化或預(yù)氧化(參考文獻l)，否則不銹鋼緊固件會在連接處產(chǎn)生電偶腐蝕或氧化,。鈍化是通過用酸對鋼進行短暫處理,，在鋼上形成一層保護性氧化物涂層。氧化物涂層差不多都是惰性的,。預(yù)氧化是通過在空氣爐中將緊固件暴露在大約1300°F的溫度下形成氧化物涂層,。所形成的表面有足夠的惰性，以防止由于電偶腐蝕而產(chǎn)生的磨損。

黑色氧化物涂層
黑色氧化物涂層與油膜相結(jié)合,，僅僅是增強了碳鋼緊固件的外觀,。油膜是涂層中唯一防止腐蝕的部分。

引文：

---

[1] Sermatech  International,Inc., Limerick, Pennsylvania.

[2] Jenkintown, Pennsylvania

[3] Eico Industries, Rockford, Illinois.

參考文獻
1,，Slincy, HE.: High Temperature Solid Lubricants— 1. Layer Lattice Compounds and Graphite. Mech. Eng., vol. 96, no. 2, Feb. 1974, pp. 18-22

[本節(jié)翻譯到此結(jié)束]

遠祥

有些復(fù)雜零件,，能通俗易懂一些嗎？

瑞香

這個 內(nèi)容記得在之前的社友發(fā)表的文檔里,，也提到過

瑞香

只是 指 標題,，在一本書中確實也提到過

達文中

瑞香 發(fā)表于 2019-10-22 15:05
只是 指 標題，在一本書中確實也提到過

哪個標題,？

達文中

達文中 發(fā)表于 2019-10-21 19:32
NASA Fastener Design Manual 緊固件設(shè)計手冊 - 翻譯 2/14
鍍層和涂層

NASA Fastener Design Manual 緊固件設(shè)計手冊 - 翻譯 3/14

螺紋潤滑劑

雖然有許多螺紋潤滑劑可供選擇,，但這里只介紹了幾種常見的潤滑劑。最常見的是油,、油脂或蠟,、石墨和二硫化鉬。還有幾種專有潤滑劑,，如Never-Seez和SynergisticCoatings,。一些螺紋固定化合物,，如樂泰（Loctite）,，也可用作螺栓組件的潤滑劑，特別是允許拆卸螺栓的化合物,。表III給出了螺紋潤滑劑的概要,。

表Ⅲ螺紋潤滑劑總結(jié)

油脂雖然油和潤滑脂是最常見的螺紋潤滑劑類型，但它們僅限于不超過250°F的工作溫度,。(高于此溫度,，油或油脂將融化或沸騰掉。),。此外,，油不能在真空環(huán)境中使用。然而,，只要遵守這些預(yù)防措施,，油和潤滑脂對潤滑和防腐蝕都有好處。

石墨
“干”石墨其實并不干,。它是細碳粉,，需要水分(通常是油或水)才能成為潤滑劑。因此,，它的最高操作溫度被限制在油或水的沸點,。它在真空環(huán)境中使用也會損失水分。由于干石墨是一種磨料，如果超過上述限制,，它的使用對螺栓連接是有害的,。

二硫化鉬
二硫化鉬是最受歡迎的干性潤滑劑之一。它可以在真空環(huán)境中使用,，但在大約750°F時變成三硫化鉬,。三硫化鉬是一種磨料，而不是潤滑劑,。

協(xié)同涂料
這些專有涂層[1]是一種注入并烘烤到多孔金屬基體涂層中的氟碳化合物,，既能防止腐蝕，又能起到潤滑作用,。然而,，在他們的銷售說明書中給出的最高操作溫度是500°F。協(xié)同涂層也可以在真空環(huán)境中工作,。

Neverseez
根據(jù)制造商的說法,，這種專有化合物[2]是一種石油基潤滑劑和防腐劑，作為一次性潤滑劑達到2200°F時是令人滿意的,。油會蒸發(fā)掉,，但這種化合物會在螺紋之間留下鎳、銅和鋅的氧化物,。這允許拆卸緊固件,，但每次安裝緊固件時都需要重新添加潤滑劑。美國宇航局Lewis的員工測試了這種化合物,，發(fā)現(xiàn)效果很不錯,。

Silver Goop(銀泥)
Silver Goop是一種專有化合物[3]，含有20%至30%的銀,。Silver Goop可用于1500°F,，但不能用在鋁或鎂上。它非常昂貴,，因為它有銀的成分,。

螺紋緊固化合物
一些可拆卸的螺紋緊固化合物(如Loctite)也可用作抗磨損和潤滑物質(zhì)。不過,，它們是環(huán)氧化合物,，其最高工作溫度約為275°F【135℃】。

---

[1] General Magnaplate Corporation, Ventura, California.

[2] Bostic Emhart, Broadview, Illinois

[3] SwagelokCompany, Solon, Ohio

[本節(jié)翻譯到此結(jié)束]

13995936456

直接看英文不就行