NASA Fastener Design Manual 緊固件設計手冊 - 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發表在NASA Reference Publication上，編號1228?？偣?00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？

設計手冊的內容目錄，正文部分共2章14小節：

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，于是利用業余時間逐章逐節逐句翻譯。計劃分14篇文章發布，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 - 科學和技術信息部

緊固件設計手冊

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用而編寫的，在航空應用中排氣通常不是典型的考慮因素。

2008年6月17日發布

目錄

概要

本手冊是為設計工程師編寫的，使他們能夠為自己的設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。設計標準的一節包括了扭矩公式的推導、緊固件組上的載荷、同時發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原則和選擇標準。

導言

對于一般的觀察者來說，設計中螺栓、螺母和鉚釘的選擇應該是一個簡單的任務。實際上，這是一項艱巨的任務，需要仔細考慮溫度、腐蝕、振動、疲勞、初始預緊力和許多其他因素。本手冊的目的是提供足夠有關于螺栓和鉚釘材料、表面處理、扭矩和螺紋潤滑劑的數據，以使設計者能夠對特定設計做出合理選擇。鎖緊螺母、墊圈、鎖定方法、嵌件、鉚釘和螺紋孔也包括在內。

一般設計信息

緊固件材料

螺栓可以由多種材料制成，但大多數螺栓是由碳鋼、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。

碳鋼是最便宜也是最常用的螺栓材料。大多數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，因此在某些環境下會被腐蝕。

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

表 I 緊固件材料總結

[本節翻譯到此結束]

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 機械設計領域最高端資料【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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3，機械設計實用機構與裝置圖冊, 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 緊固件設計手冊 - 翻譯 2/14
鍍層和涂層


大多數電鍍工藝都是電解并產生氫氣。因此，大多數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生游離氫。因此，超過電鍍的安全操作溫度會導致由于氫脆和失去腐蝕保護而導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

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，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。它會遷移到沒有鍍膜的地方，這些地方的鍍層已經被刮掉了，這樣就可以繼續提供抗腐蝕能力。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。化學反應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公司開發的，用于飛機零部件的鍍膜。與鍍鎘相比，它有一些優勢：(1)不產生氫脆。(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)該工藝不產生有毒副產物。它也有一些缺點：(1)由于該工藝必須在專門設計的真空室中進行，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域中進行多達15次拆卸，而不會導致涂層嚴重退化。

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Stalgard測試數據，其涂層在鹽霧和風化測試中優于鍍鎘或鍍鋅。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
對于大多數緊固件應用來說，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，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?！案膳ぞ亍敝祽档?0%，以適應這種潤滑劑。

鈍化與預氧化
除非在組裝之前進行鈍化或預氧化(參考文獻l)，否則不銹鋼緊固件會在連接處產生電偶腐蝕或氧化。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生的磨損。

黑色氧化物涂層
黑色氧化物涂層與油膜相結合，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

[本節翻譯到此結束]

遠祥

有些復雜零件，能通俗易懂一些嗎？

瑞香

這個 內容記得在之前的社友發表的文檔里，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 發表于 2019-10-21 19:32
NASA Fastener Design Manual 緊固件設計手冊 - 翻譯 2/14
鍍層和涂層

NASA Fastener Design Manual 緊固件設計手冊 - 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

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，油不能在真空環境中使用。然而，只要遵守這些預防措施，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。協同涂層也可以在真空環境中工作。

Neverseez
根據制造商的說法，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，發現效果很不錯。

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。不過，它們是環氧化合物，其最高工作溫度約為275°F【135℃】。

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[1] General Magnaplate Corporation, Ventura, California.

[2] Bostic Emhart, Broadview, Illinois

[3] SwagelokCompany, Solon, Ohio

[本節翻譯到此結束]

13995936456

直接看英文不就行