紧固件力学性能检测中的抗拉强度与剪切强度测试标准

紧固件是机械连接的核心部件，其力学性能直接决定设备可靠性与安全性。抗拉强度（轴向拉力承载能力）与剪切强度（横向剪切力抵抗能力）是紧固件最关键的两项指标，需通过严格标准验证。本文聚焦这两项指标的测试标准，解析适用范围、原理、操作细节及结果计算，为企业与检测机构提供实操参考。

抗拉强度测试的核心标准与操作要求

抗拉强度测试是评估紧固件轴向承载能力的基础试验，国内常用标准为GB/T 3098.1-2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》，技术内容与ISO 898-1:2009一致。该标准适用于M1.6至M39的碳钢、合金钢紧固件，是出厂检测与型式试验的必做项目。

测试原理为：沿试样轴线施加缓慢递增拉力至断裂，记录最大拉力值，再通过公称应力截面积计算抗拉强度（抗拉强度=最大拉力/公称应力截面积）。这里的“公称应力截面积”需按GB/T 196螺纹尺寸查表确定，而非实际测量——标准明确此要求，是为保证不同实验室结果的可比性，避免测量误差干扰。

试样制备有严格要求：需保留完整螺纹结构，表面无划痕、锈蚀或热处理缺陷；自由长度需足够（螺纹末端至夹持端≥1.5倍螺纹直径），防止夹持力影响螺纹受力；螺柱类试样两端螺纹长度需对称，确保拉力沿轴线均匀分布。

设备方面，需用精度≥1级的万能试验机，夹持装置需匹配试样——六角头螺栓用V型块夹头部，内六角螺钉用专用夹具固定，避免打滑或损伤螺纹。加载速度分阶段控制：弹性阶段（载荷＜50%屈服载荷）为2-10MPa/s，塑性阶段降至0.5-5MPa/s，确保准确捕捉最大拉力。

结果有效性需看断裂位置：断裂在螺纹有效长度内（两牙之间）则有效；若断在夹持端或螺纹收尾处（牙型渐变区），需重测——这些位置应力集中，结果无法反映真实性能。

剪切强度测试的标准体系与实操要点

剪切强度测试针对横向剪切力抵抗能力，国内标准为GB/T 13683-2017《紧固件 螺栓、螺钉和螺柱的剪切试验方法》，等效ISO 14589:2001。适用于M3至M39钢质紧固件，测试“单剪切”（1个剪切面）或“双剪切”（2个剪切面）模式——双剪切更接近实际场景（如螺栓穿两块钢板），更常用。

测试原理为：将试样置于剪切夹具，施加垂直轴线的剪切力至剪断，记录最大剪切力。剪切强度=破坏载荷/（剪切面数量×公称应力截面积）——双剪切需除以2，单剪切除以1，这是与抗拉测试的核心区别。

夹具设计是关键：双剪切夹具需保证两剪切面平行对齐，剪切板孔直径比试样大0.1-0.2mm（如M10螺栓对应10.1mm），间隙过大会导致试样弯曲，过小增加摩擦；剪切板厚度为试样直径1.5倍（如M10对应15mm），防止板先破坏。单剪切夹具需在另一侧加支撑块，集中剪切力。

试样安装细节：螺栓需完全穿过剪切板，头部/螺母紧贴板面无间隙；螺钉导向尖端需完全穿板，避免尖端受力。加载速度控制在1-5mm/min，防止冲击——高强度螺栓（如10.9级）受冲击易脆性断裂，无法反映真实性能。

特殊紧固件的测试要求：自攻螺钉需用带螺纹孔的剪切板，模拟旋入场景；不锈钢螺栓塑性好，需涂凡士林减摩擦；细牙螺栓孔直径误差≤0.1mm，防止螺纹挤坏。

两项测试的关联与标准常见误区

抗拉与剪切强度均与材料性能相关——材料抗拉越高，剪切越强（如4.8级抗拉≥400MPa，剪切≥240MPa；8.8级抗拉≥800MPa，剪切≥480MPa），但剪切强度约为抗拉的60%-70%，比值随材料韧性调整（合金钢比值高于碳钢）。

常见误区需规避：一是用实际截面积代替公称值——即使实际值与公称值接近，标准要求必须用公称值，保证可比性；二是忽略剪切面数量——双剪切误按单剪切计算，结果偏大1倍；三是加载速度过快——抗拉测试过快会使最大力偏高，剪切测试过快导致试样弯曲，均影响准确性。

无效测试判定：抗拉断裂在收尾处、剪切弯曲＞10°、夹具损坏中断，结果均作废。测试报告需包含试样规格、标准编号、测试模式、公称面积、最大载荷、结果及断裂位置，确保可追溯。此外需关注标准更新——如GB/T 3098.1-2010将屈服强度测试从“残余变形法”改为“非比例延伸法”，但抗拉强度计算未变，需用现行标准。