信瑞达石墨·石墨螺钉·技术专栏

石墨螺钉：头顶一圈螺纹、中腰一道法兰，高温炉里它凭什么替下金属螺栓？

照片里的石墨螺钉，形体很有代表性：一端是带外螺纹的螺柱，中段收出一圈圆盘状法兰，轴心开出通孔，轴身上再开横向小孔。它做的是紧固的活——把两块石墨件、或石墨件与金属座固定在一起，还要求可拆卸。这篇文章按它的实际形状，把螺纹、法兰、轴心孔与横向孔各自管什么，为什么高温炉里常用石墨螺钉而不是金属螺栓，加工时盯哪几处，用在哪些行业，以及使用边界讲清楚。

信瑞达石墨 · 技术专栏

一、石墨螺钉是什么

石墨螺钉，是用石墨材料加工而成、用来紧固连接石墨件的螺纹类零件。它常见的形态是这样的：一端为带外螺纹的螺柱段，与配合件的内螺纹咬合；中段做成直径较大的圆盘状法兰，作为承压面与限位台阶；轴心开有通孔，轴身上还有横向的小孔，用于防松或装拆。

按用途归，它属于"紧固类"石墨件——与承料类、发热类、通道类件都不同，螺钉不盛料也不导电发热，它的活儿是把别的石墨件固定住。也因为活儿不同，评价它的角度就不一样：不是看它耐多高温度、过多大流量，而是看螺纹能不能咬得住、法兰能不能把力摊开、在一次次冷热循环之后还松不松。

二、为什么高温炉里会用石墨螺钉，而不是金属螺栓

金属螺栓在常温下便宜好用，进了高温炉却会碰到几件麻烦事。石墨螺钉常被用在这些位置，原因大致有这么几条：

• 耐温与不软化：在金属件已经软化、蠕变的温度区间，石墨仍能保持形状与强度，紧固力不至于很快掉光；
• 热膨胀与石墨件接近：螺栓和它压住的石墨件是同类材料，升温、降温时一起胀一起缩，不容易出现"一个胀得多、一个胀得少"而把螺纹咬死的情况；
• 不污染热场：金属件在高温真空或气氛下可能挥发、析出，影响炉内洁净度与产品纯度；石墨件本身是炉内既有材料，用起来更省心；
• 高温下可拆卸：材质一致、膨胀匹配，冷下来之后比较容易拧开，不像金属螺栓那样动不动就抱死；
• 重量与加工：石墨密度低，做出来的紧固件轻；同时它又能被加工出螺纹、台阶、小孔这类细节，可按图做成非标件。

需要说明的是，这些优势都建立在合适的气氛条件上。石墨怕的是"高温加氧气"的组合，而且它本身偏脆，紧固的用法与金属螺栓并不完全一样，这两点在后面专门讲。

三、结构上的几处讲究

从照片上看，这类螺钉的形体主要由螺纹段、法兰、轴向孔与横向小孔几部分组成，各自的作用并不相同。

1. 外螺纹段——紧固与可拆卸

螺纹是螺钉的本职部位，负责把紧固力建立起来，同时保留可拆卸性。石墨螺纹有几个特点：一是牙型通常做得较浅、螺距相对较细，避免牙根处应力集中之后崩牙；二是与配合内螺纹之间要留出合适的配合间隙，不能照搬金属螺钉那种紧配合的做法——石墨偏脆，配合过紧，反复装拆时螺纹容易掉渣、崩角；三是螺纹口的毛刺要清干净，残留的碎屑掉进热场，会影响炉内洁净度，也可能卡住配合螺纹。

2. 中腰法兰——把压紧力摊开

中段那圈圆盘状法兰，是这类螺钉与普通螺钉外观上差别比较大的一处。它主要做两件事：一是作为承压面，把螺钉头上的紧固力分散到较大的环形面积上，避免力集中在一小块区域、把石墨件表面压出凹坑甚至压裂；二是作为限位台阶，拧到法兰贴住工件表面即到位，防止继续用力而把螺纹拉坏。法兰的端面平整度与垂直度，直接影响它能不能均匀贴合，这也是加工时要照看的一处。

3. 轴向孔——对中、排气与装拆

轴心那处通孔，用处不止一个。常见的作用有这么几种：作为加工时的定位与对中基准；在真空或密闭腔体里充当排气通道，避免装好后形成憋气的封闭空间；也有的用来穿过装拆工具或辅助杆件，方便在炉内深处作业。孔的通透度与孔口倒角要处理好，孔口崩边同样会掉屑。

4. 横向小孔——防松与穿装

轴身上那些横向小孔，在高温环境下有其现实必要性。螺纹紧固件在反复的升温降温中，容易因材料的热胀冷缩与振动而逐步松动，石墨件也不例外，而且石墨件通常不希望反复加力拧紧（容易损伤螺纹）。所以常用穿销、穿丝或者插入锁紧杆的方式来锁住位置，横向小孔就是为此预留的；有的也兼作排气孔或装拆时的插杆孔。孔位与孔径按配合的销、丝规格来定，孔口同样要去毛刺。

四、一支石墨螺钉是怎么做出来的

螺钉多为按图定制件，典型流程大致如下：

1. 定工况：先明确它要固定什么件、承受多大力、使用温度与气氛、装拆频次，以及与配合件的螺纹规格和法兰贴合的尺寸；
2. 选牌号：按强度要求与洁净度要求选择石墨材料，受力较大或要求洁净的场合，通常选结构更致密、颗粒更细的牌号；
3. 车外圆与螺纹：车出螺柱段外圆并加工螺纹，控好牙型、配合尺寸与螺纹口质量；
4. 铣出台阶与法兰：加工中腰法兰的直径、厚度与端面，保平整度与垂直度，形成承压面与限位台阶；
5. 钻轴向孔与横向小孔：按图钻出轴心通孔与轴身横向孔，处理好孔位与孔口；
6. 去毛刺与检验：清理螺纹、孔口与端面毛刺，复核螺纹规格、法兰尺寸、孔位与外观，确认能与配合件旋入到位。

这里的关键仍是按图加工。同样是石墨螺钉，换一台炉子、换一个受力条件，螺纹规格、法兰直径、孔的布置都不一样，所以这类件大多属于定制件，而不是标准库存件。

五、主要用在哪些地方

凡是需要在高温、真空或保护气氛下固定石墨件，又看重不污染、可拆卸、材质一致的场合，石墨螺钉都比较常见。具体到某一台设备该用什么螺纹规格、法兰多大、孔怎么布置，要结合受力与装拆条件来定。

六、使用边界，比螺纹规格更需要先想清楚

石墨在空气等氧化性气氛、温度持续偏高时会发生氧化损耗，螺钉的螺纹牙尖与法兰边缘这类薄壁部位会先变薄、变圆，紧固力随之下降。真空或惰性气体保护正好避开这个问题，所以在气氛可控的炉内，石墨螺钉用得比较安稳。

除此之外，还有几处工程上要留意：一是材料的脆性，石墨件抗压好、抗拉与抗剪相对弱，紧固力要均匀、适度，不宜反复大力拧紧，装拆时避免敲击与磕碰；二是防松设计，热循环与振动会把紧固件逐步振松，用横向孔穿销、穿丝或在成组使用时相互锁紧，是比较常见的做法；三是与金属件配合，石墨螺纹不宜直接与金属螺纹对拧，金属硬度高会磨坏石墨牙型，需要时可用石墨内螺纹套或过渡件；四是热膨胀配合，与金属座体的配合间隙要留够，避免升温后卡滞或胀裂；五是成组更换，同一热场里的石墨紧固件多数处在相近工况，检查时宜成组看待，避免只换一部分而受力不均。

七、关于信瑞达石墨的紧固类石墨件

信瑞达石墨专业生产石墨螺钉及各类石墨制品已有 30 年，在螺纹类、台阶轴类与异形石墨件的按图加工上积累了丰富的工艺经验。我们按照客户提供的图纸精准加工、严控尺寸公差与形位要求，产品在正常使用与维护条件下使用寿命相对较长，获得了较多行业客户的认可。

针对螺钉、销钉、连接件这类紧固配件，我们可承接带外螺纹、中腰法兰、轴向孔与横向孔等结构的定制加工，也支持来图来样、按设备接口配套。比较稳妥的做法是先明确固定对象、受力大小、使用气氛与装拆要求，再据此匹配石墨牌号与螺纹配合精度，让紧固件在对应工况中既咬得住、又拆得开。