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螺丝厂讲解热处理对提高螺栓疲劳强度的影响


螺丝厂讲解热处理对提高螺栓疲劳强度的影响

螺栓的疲劳强度一直以来都是受到重视的问题,有数据表明螺栓的失效绝大多数是由于疲劳破坏引起的,且疲劳破坏时螺栓几乎无征兆,因此重大事故很容易 在产生疲劳破坏时发生。热处理能够优化紧固件材料性能,使其疲劳强度提高,针对高强度螺栓越来越高的使用要求,通过热处理提高螺栓材料的疲劳强度更显十分 重要。

热处理对提高螺栓疲劳强度的影响

关键词:材料疲劳裂纹的萌生

        疲劳裂纹最先开始的地方称为疲劳源,疲劳源对于螺栓微观结构组织很敏感,能在很小的尺度下萌生疲劳裂纹,一般在3~5个晶粒尺寸内,螺栓表面质量问题是主 要的疲劳源,大部分的疲劳始于螺栓表面或者亚表面。螺栓材料晶体内部存在的大量位错和一些合金元素或杂质,晶界强度差异,这些因素都有可能导致疲劳裂纹萌 生。研究表明,疲劳裂纹易发位置有:晶界、表面夹杂物或第二相颗粒、空洞,这些位置都与材料复杂多变的微观组织有关。如果热处理后能够改善微观组织,那么 就能在一定程度上提高螺栓材料的疲劳强度。

关键词:脱碳对疲劳强度的影响

        螺栓表面脱碳会降低淬火后螺栓的表面硬度、耐磨性,并显著降低螺栓疲劳强度。GB/T3098.1标准中就有针对螺栓性能的脱碳试验,并规定最大脱碳层深 度。大量的文献资料表明,由于不当的热处理方式,使得螺栓表面脱碳和表面质量下降,从而使其疲劳强度降低。在分析42CrMoA风电机组高强度螺栓断裂失 效原因时,发现在头杆交接处是因为存在脱碳层。Fe3C在高温下能与O2、H2O、H2发生反应导致螺栓材料内部Fe3C的减少,从而增加了螺栓材料的铁 素体相,降低螺栓材料强度,容易引发微裂纹。在热处理过程中控制好加热温度,同时必须采用可控气氛保护加热能够很好地解决这一问题。

关键词:热处理对疲劳强度的影响

        在对螺栓疲劳强度进行分析时,发现提高螺栓的静载荷承受能力可通过提高硬度来实现,而疲劳强度的提高并不能通过提高硬度的方法。因为螺栓有缺口应力会引起较大的应力集中,对于没有应力集中的样品提高硬度是能够提高其疲劳强度的。

        硬度是衡量金属材料软硬程度的指标,是材料抵抗比它更硬物体压入的能力,硬度高低也同样反映了金属材料的强度、塑性的大小。螺栓表面的应力集中会降低其表 面强度,在受到交变的动载荷时,在缺口应力集中部位不断发生微变形和恢复的过程,且其受到的应力远远大于无应力集中的部位,从而容易导致疲劳裂纹的产生。

        紧固件通过热处理调质改善显微组织,并具有优良的综合力学性能,可以提高螺栓材料的疲劳强度,合理控制晶粒尺寸以保证低温冲击功,也能获得较高的冲击韧 性。合理的热处理细化晶粒,缩短晶界距离能阻止疲劳裂纹的产生,在材料内部如果存在一定量的晶须或第二项颗粒,这些加入的相便可以在一定程度上阻止驻留滑 移带的滑移,从而阻止了微裂纹的萌生和扩展。

关键词:结论

        疲劳裂纹总是萌生于材料中最薄弱环节,螺栓因为表面或次表面的缺陷容易产生裂纹,材料内部容易产生驻留滑移带、晶界、表面夹杂物或第二相颗粒、空洞处,因为这些位置容易导致应力集中。

        热处理对螺栓材料疲劳强度的影响较大,在热处理过程中,要根据螺栓性能来具体确定热处理工艺。初始疲劳裂纹的产生是由于螺栓材料微观组织缺陷导致应力集中 引起的。热处理是一种优化紧固件组织的方法,能在一定程度上提高螺栓材料的疲劳性能,提高产品的寿命。从长远看能够节约资源,符合可持续发展战略。

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