汽车零部件紧固件测试中通常包含哪些力学性能项目

汽车零部件紧固件是整车结构的“微小关键节点”，其力学性能直接决定连接可靠性与车辆安全——小到发动机舱的一颗螺栓，大到底盘的销轴，任何一个紧固件的力学失效都可能引发连锁故障。因此，紧固件的力学性能测试是汽车制造质控的核心环节，需通过多维度测试模拟实际工况下的受力场景，覆盖从静态到动态、从常温到极端环境的全场景验证。

拉伸性能测试：评估紧固件的抗断裂极限

拉伸性能测试是紧固件力学性能的基础项目，目的是检验其在轴向拉力下的抗断裂能力与塑性变形特性。按照GB/T 3098.1《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》等标准，测试需使用万能材料试验机，将紧固件同轴装夹后匀速加载至断裂，记录力-位移曲线以提取关键指标。

核心指标包括抗拉强度（断裂前承受的最大应力）、屈服强度（开始塑性变形的临界应力）与伸长率（断裂后的塑性变形能力）。其中屈服强度的判定尤为关键——若紧固件在使用中超过屈服点，连接的预紧力会瞬间丧失，导致结构松动。例如发动机连杆螺栓的拉伸测试中，屈服强度需达到1000MPa以上，才能保证在发动机高转速运转时，不会因拉力超过屈服点而失效。

测试过程中需严格控制加载速率与同轴度：加载速率过快会导致测试结果偏高，而偏心装夹则可能引发弯曲应力，干扰真实拉伸性能的判定。对于高强度螺栓（如10.9级以上），拉伸测试后还需检查断裂位置——若断裂发生在螺纹根部，可能提示螺纹加工存在应力集中问题。

剪切性能测试：模拟横向受力的可靠性

多数紧固件在实际安装中会承受横向剪切力（如底盘销轴、车轮螺栓），剪切性能测试的目的就是评估其在横向载荷下的抗剪断能力。测试方法分为单剪与双剪两种：单剪是通过两个平板形成一个剪切面，适用于普通螺栓；双剪则通过三个平板形成两个剪切面，更贴近销轴等多剪切面紧固件的实际工况。

测试时，试验机向平板施加横向载荷，直到紧固件被剪断，剪切强度（τ）为最大剪切力除以剪切面总面积。以车轮螺栓为例，其需通过双剪试验模拟车辆转弯或颠簸时的横向载荷——若剪切强度不足800MPa，可能在高速转弯时发生剪断，直接导致车轮脱落。

需注意的是，剪切测试的结果与剪切面的数量、装夹的同轴度密切相关。例如，双剪试验的剪切强度通常比单剪高15%-20%，因此需根据紧固件的实际安装场景选择测试方式，避免因测试方法不当导致结果偏差。

冲击韧性测试：应对低温与突变载荷

冲击韧性测试针对紧固件在低温或瞬时冲击载荷下的抗脆断能力，尤其适用于北方冬季或碰撞工况下的紧固件（如发动机舱螺栓、底盘销轴）。按照GB/T 3098.10《紧固件机械性能 有色金属制造的螺栓、螺钉、螺柱和螺母》要求，测试采用夏比摆锤冲击试验机，将紧固件在低温环境（如-40℃）下保温后，用摆锤撞击试样，记录冲击吸收功（Ak）。

冲击吸收功反映了紧固件吸收冲击能量的能力——数值越高，抗脆断能力越强。例如，北方地区使用的汽车底盘螺栓，需在-40℃下进行冲击测试，要求Ak值不低于27J，以避免冬季低温导致钢材变脆，在颠簸时发生脆断。

测试中需注意试样的制备：对于螺栓类紧固件，需将头部或杆部加工成标准冲击试样（如U型缺口），确保冲击能量集中在缺口处，真实反映材料的冲击性能。若试样无缺口，冲击能量可能分散，导致测试结果偏高。

疲劳性能测试：验证长期循环载荷的寿命

汽车紧固件在使用中常承受交变循环载荷（如发动机螺栓因热胀冷缩产生的拉-压循环、连杆螺栓因发动机启停产生的高频交变拉力），疲劳性能测试的目的就是评估其在长期循环载荷下的使用寿命。按照GB/T 3098.15《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》，测试采用疲劳试验机，施加交变载荷（如拉-拉循环，应力比R=0.1），直到紧固件失效，记录循环次数（疲劳寿命）。

核心指标是疲劳强度——即紧固件在某一循环次数（如10^7次）下能承受的最大应力。以发动机连杆螺栓为例，其疲劳测试需模拟发动机工作时的高频载荷（约每秒50次循环），要求循环次数达到10^7次而不失效，对应车辆几十万公里的使用寿命。

疲劳测试的关键是控制载荷的稳定性与同轴度：若载荷波动超过±5%，会导致疲劳寿命测试结果偏差；而偏心加载则可能引发弯曲应力，加速紧固件失效。此外，测试前需对紧固件进行预紧力校准，确保其初始状态与实际安装一致。

拧紧性能测试：确保预紧力的一致性

拧紧性能测试是模拟实际安装过程，验证紧固件预紧力的一致性与扭矩-预紧力的关系。对于发动机缸盖螺栓、变速箱端盖螺母等关键紧固件，预紧力的一致性直接影响密封性能——若预紧力偏差超过±5%，可能导致缸垫受力不均、漏油或漏水。

测试采用扭矩扳手或自动拧紧机，记录拧紧过程中的扭矩-转角曲线。目前主流的“扭矩-转角法”拧紧更具准确性：先将紧固件拧至基础扭矩（如50N·m），再转动一定角度（如90°），通过转角补偿扭矩系数的波动，确保预紧力偏差控制在±3%以内。例如，某车企的发动机缸盖螺栓拧紧测试中，要求最终预紧力达到8000N±240N，通过扭矩-转角法可有效实现这一要求。

测试中需注意拧紧速率与环境温度：拧紧速率过快会导致扭矩系数升高（因摩擦热增加），而温度过低则可能导致螺纹润滑失效，同样影响预紧力的准确性。因此，测试需在常温（25℃±5℃）下进行，拧紧速率控制在10-50r/min之间。

剪切性能测试：针对横向受力的可靠性

剪切性能测试模拟紧固件受横向力的工况，如底盘销轴、车轮螺栓在转弯或颠簸时的受力。测试方法分为单剪（一个剪切面）与双剪（两个剪切面），例如车轮螺栓采用双剪试验，模拟车辆转弯时的横向载荷。测试时将紧固件装夹在剪切夹具中，施加横向力至剪断，计算剪切强度（最大剪切力/剪切面面积）。

以车轮螺栓为例，其剪切强度需达到800MPa以上，才能承受车辆高速转弯时的离心力（约10kN）。测试中需确保剪切面与载荷方向垂直，避免因偏心导致剪切面偏移，影响结果准确性。

压缩性能测试：评估轴向压力下的抗溃能力

压缩性能测试针对受轴向压力的紧固件（如螺母、垫圈），评估其在预紧力作用下的变形与抗溃能力。测试采用压力试验机，将紧固件放在刚性平板上，施加轴向压力，记录压缩量与压力的关系。核心指标是抗压强度（最大压力/承压面积）与压缩变形率（压缩量/原高度×100%）。

例如，法兰螺母的压缩测试要求压缩变形率不超过2%——若变形过大，会导致螺母支撑面凹陷，预紧力丧失。变速箱端盖螺母的压缩测试需模拟变速箱内部压力（约1.5MPa），确保螺母不会被压溃，维持端盖的密封性能。

弯曲性能测试：检查细长紧固件的抗弯曲能力

弯曲性能测试针对细长紧固件（如传动轴螺栓、销轴），评估其在横向弯曲载荷下的抗变形与断裂能力。测试方法为三点弯曲：将紧固件两端支撑，中间施加集中载荷，记录弯曲挠度与载荷的关系，直到发生弯曲变形或断裂。核心指标是弯曲强度（最大弯曲应力）与弯曲挠度（变形量）。

以传动轴螺栓为例，其弯曲测试需模拟车辆行驶中传动轴的不平衡载荷（约500N的集中力），要求弯曲挠度不超过0.gmm，避免因弯曲变形导致传动轴失衡、振动加剧。测试中需确保支撑点与载荷点的同轴度，避免因偏心加载导致测试结果偏高。