螺母的普通保载试验与锥形保载试验 原理、区别与应用浅析

在紧固件质量控制和金属材料加工领域，保载试验是评估螺母机械性能、特别是抗脱扣和承载能力的关键手段。普通保载试验与锥形保载试验是两种常用的方法，它们基于不同的原理，服务于不同的检测目的，共同保障着螺纹连接副的可靠性与安全性。理解二者的区别，对于正确选择试验方法、优化螺母设计及加工工艺具有重要意义。

一、核心原理与试验目的

1. 普通保载试验
其核心目的是检验螺母螺纹的抗脱扣强度（抗拉强度）。试验时，将一个经过硬化处理的标准螺栓或专用试验芯棒（其螺纹公差带通常为6g）旋入被测试螺母。然后对螺母施加一个轴向的、持续的规定载荷（保载），并保持一段时间（通常为15秒）。试验后，检查螺母螺纹是否出现脱扣、撕裂或显著变形。此试验主要模拟螺母在承受纯轴向拉力时，其内螺纹抵抗剪切和剥离的能力，是螺母最基本、最通用的强度验证试验。

2. 锥形保载试验
其核心目的是检验螺母的韧性、延展性以及螺纹根部抵抗应力集中的能力。试验使用一个特制的、带有10°锥角的锥形芯棒（锥形部分无螺纹，且硬度极高）。试验时，将锥形芯棒压入螺母的螺纹孔中，迫使螺母的螺纹产生径向扩张，然后同样保载一段时间。此过程在螺母螺纹根部产生复杂的多向应力，模拟了螺母在安装不当（如倾斜）、螺纹配合不良或承受横向力时可能出现的极端情况。通过试验的螺母，表明其材料具有良好的塑性，能够通过变形来重新分配应力，避免脆性断裂。

二、主要区别对比

| 对比维度 | 普通保载试验 | 锥形保载试验 |
| :--- | :--- | :--- |
| 试验对象 | 标准螺栓/螺纹芯棒 | 10°锥角的光滑锥形芯棒 |
| 施力方向与效果 | 主要产生轴向拉力，考验螺纹的抗剪切。 | 产生径向扩张力，考验螺纹的延展性与抗裂性。 |
| 核心考核性能 | 螺纹的抗拉脱强度（强度指标）。 | 材料的韧性、塑性（塑性指标）。 |
| 模拟工况 | 理想的、对中的纯轴向拉伸载荷。 | 恶劣的、非对中的载荷，或螺纹孔被强行扩张的工况。 |
| 对材料要求 | 更侧重于材料的强度极限。 | 更侧重于材料的延伸率、断面收缩率等塑性指标。 |
| 应用侧重 | 通用性试验，适用于绝大多数螺母的出厂检验和型式检验。 | 针对性试验，尤其适用于高强度、高硬度等级（如8级、10级、12级）的螺母，以及安全关键领域（如航空、风电、桥梁）。 |

三、与金属材料加工的关联

两种试验方法的区别，深刻反映了螺母性能对金属材料加工工艺的不同要求：

1. 材料选择与热处理：普通保载试验合格的螺母，其材料需具有足够的强度，这通常通过中碳钢或合金钢配合适当的淬火+回火（调质）热处理来实现，以获得良好的强韧性配合。而要通过更严苛的锥形保载试验，则要求材料在热处理后必须保留足够的塑性和韧性。过高的硬度或回火不充分导致的脆性，极易导致锥形试验时螺纹根部开裂。因此，热处理工艺的精准控制（如回火温度与时间的控制）至关重要。

1. 螺纹加工质量：普通保载试验对螺纹的尺寸精度、表面粗糙度敏感，任何导致应力集中的缺陷（如毛刺、裂纹）都可能引发早期失效。锥形保载试验则进一步放大了螺纹根部质量的重要性。滚压螺纹工艺因其能在金属纤维流线上形成光滑、强化的螺纹根部，且能引入有益的残余压应力，相比切削螺纹，通常能赋予螺母更优异的抗锥形扩张能力。

1. 工艺路线设计：对于有锥形保载要求的高性能螺母，其加工路线往往更为严谨。例如，通常会安排在热处理之后进行最终的螺纹滚压，以确保螺纹在最高强度的状态下成型，并避免热处理变形对螺纹精度的影响。

四、结论

总而言之，普通保载试验是螺母强度的“基础体检”，而锥形保载试验则是针对高风险应用场景的“压力测试”或“韧性专项检查”。前者保证螺母“够强”，后者保证螺母在复杂应力下“不脆裂”。在金属材料加工中，为了同时满足这两种试验要求，需要从材料配方、热加工（锻造、热处理）、冷加工（螺纹滚压）等全流程进行协同优化，在追求高强度的必须精心保留材料的内在韧性。对于设计者和制造商而言，根据螺母的服役环境和技术标准，合理选择和组合运用这两种试验方法，是确保紧固连接系统万无一失的重要环节。