钢件和铝件上拧紧，有什么差异？

为了保证螺纹连接不滑牙，钢零件和铝零件螺纹连接的啮合长度差异主要源于它们材料特性的不同。

钢的强度和硬度通常高于铝。因此，在承受相同载荷时，钢零件螺纹连接所需的啮合长度相对较短。例如，在中等载荷条件下，钢质螺纹可能只需0.7- 1.5 倍螺纹直径的啮合长度就能保证连接强度。

而铝的强度相对较低，为了达到相同的连接强度和可靠性，其螺纹连接往往需要更长的啮合长度，可能需要2倍-3倍螺纹直径的长度。

另外，铝的热膨胀系数较大，在温度变化明显的工况下，铝零件螺纹连接的稳定性可能受到影响。为了弥补这一不足，通常会增加啮合长度来增强连接的稳定性和可靠性。再者，由于铝相对较软，在螺纹连接过程中容易出现螺纹变形和磨损。为了减少这种情况对连接性能的影响，也需要增加铝零件螺纹连接的啮合长度。

详细铝件和钢件的最小啮合长度要求可以见下表。

为了保证螺栓连接可靠，被连接面不发生压溃，需要对装配状态和工作状态的表面压力进行校核，要求接头处表面压力不超过被连接件的极限压应力。否则，会出现被连接件的损坏和预紧力的衰减，造成螺纹连接失效。

一般而言，钢零件螺纹连接的抗压强度通常显著高于铝零件螺纹连接的抗压强度。

以常见的碳素结构钢（如 45 钢）和铝合金（如 6061 铝合金）为例，在相同规格和尺寸的螺纹连接条件下：45 钢制成的零件螺纹连接抗压强度可能达到 800MPa 以上，甚至在某些优化处理和高质量制造的情况下能超过 1000MPa。而 6061 铝合金零件的螺纹连接抗压强度通常在 250MPa 至 350MPa 左右。

造成这种差异的主要原因在于钢的强度和硬度普遍高于铝合金。钢的晶体结构和化学成分使其具有更好的抵抗压缩变形和破坏的能力。

钢的弹性模量通常在200-210 GPa之间‌，而铝的弹性模量约为70-80 GPa。‌

弹性模量是材料的刚度指标，表示材料在受力后恢复原状的能力。钢的弹性模量一般在190-210 GPa之间，而铝的弹性模量约为70-80 GPa。由于铝的弹性模量较低，相同受力下，铝杆会相对更容易产生变形。

螺栓拧紧时，因为铝更容易发生变形，即拧紧相同的角度，铝零件上扭矩和轴力上升的值会低于钢零件上。因此，为了达到相同的轴力值，在铝零件的转角会要求更大，比如：在钢零件拧紧60Nm+90°能达到的轴力值，在铝件上需要拧紧60Nm+120°。因此，应用在钢件上的拧紧工艺，不一定能直接应用在铝件上，需要通过实验测试确定合适的拧紧工艺。

其中：

FA ：轴向外载荷，

FSA ：轴向载荷在螺栓上的分量，

FPA ：轴向载荷在被连接件上的分量，

δP ：被连接件柔度，

δS ：螺栓柔度。

从公式1和公式2可知，当被连接柔度增大时，螺栓上的载荷FSA 会变大，而被连接件上的载荷FPA 会变小；当被连接柔度降低时，螺栓上的载荷FSA 会变小，而被连接件上的载荷FPA 会变大。

当被连接件由钢件变成铝件时，被连接件柔度δP 会增大，这会使得FSA 增加和FPA 减小。

螺栓上载荷FSA 增加会导致螺栓更容易发生屈服和断裂失效；此外，承受疲劳载荷的螺栓，载荷数值也会变大，更易造成疲劳失效。

被连接件上的载荷FPA减低，会使得被连接件更不容易发生分离，接合面会贴合更加牢固。

对于螺纹连接应用高温连接位置，螺栓和被连接件的热膨胀系数不同可能会带来附加应力，导致螺纹连接的轴力增大或减小。

当钢螺栓和钢连接件配合时，由于材料热膨胀系数基本一致，因此不会有附加应力。

当钢螺栓和铝连接件配合时，钢和铝的热膨胀系数不同，铝的热膨胀系数约为23.6×10^-6/℃，而钢的热膨胀系数约为12×10^-6/℃。随着温度的变化，它们的体积会发生不同程度的改变。铝的热膨胀系数较大，意味着在温度升高时，它会比钢膨胀得更多；而在温度降低时，铝收缩的程度也会比钢更大。这种热膨胀系数的差异可能会导致螺纹联接副产生附加应力。当温度升高时，装配附加应力会增加；当温度降低时，装配附加应力会降低。