Насколько увеличивается сопротивление усталости высокопрочных болтов после термообработки

Усталостная прочность высокопрочных крепежных болтов всегда вызывала беспокойство. Данные показывают, что большинство отказов высокопрочных болтов вызвано усталостным разрушением, и признаков усталостного разрушения болтов почти нет, поэтому при усталостном разрушении вероятны крупные аварии.

Итак, может ли термическая обработка улучшить характеристики крепежных материалов? Насколько это увеличивает усталостную прочность? Ввиду растущих требований к использованию высокопрочных болтов более важно повысить усталостную прочность материалов болтов посредством термической обработки.

1. Усталостные трещины материала высокопрочных болтов:

Место, где впервые зарождается усталостная трещина, называется источником усталости. Источник усталости очень чувствителен к микроструктуре болтов, и усталостные трещины могут возникать в очень небольших масштабах. Обычно в пределах от 3 до 5 размеров зерен качество поверхности болта является основным источником усталости, и большая часть усталости начинается на поверхности болта или под поверхностью. Большое количество дислокаций, некоторые легирующие элементы или примеси в кристалле материала болта, а также разница в прочности границ зерен могут привести к зарождению усталостных трещин. Исследования показали, что усталостные трещины склонны возникать в следующих местах: границах зерен, поверхностных включениях или частицах второй фазы и полостях. Все эти места связаны со сложной и изменчивой микроструктурой материала. Если микроструктуру можно улучшить после термообработки, усталостная прочность материала болта может быть улучшена в определенной степени.

2. Влияние термообработки на усталостную прочность (Справочник: Каковы вообще параметры ШВП)

При анализе усталостной прочности болтов установлено, что улучшение несущей способности болтов при статической нагрузке может быть достигнуто за счет повышения твердости, тогда как повышение усталостной прочности за счет повышения твердости невозможно. Поскольку напряжение надреза болта вызывает большую концентрацию напряжений, увеличение твердости образца без концентрации напряжений может улучшить его усталостную прочность. Твердость — это показатель, позволяющий измерить степень твердости металлического материала. Это способность материала противостоять проникновению более твердых, чем он, объектов. Уровень твердости также отражает прочность и пластичность металлического материала. Концентрация напряжений на поверхности болта снижает его поверхностную прочность. При воздействии переменных динамических нагрузок процесс микродеформации и восстановления будет продолжать происходить в части выреза с концентрацией напряжений, причем получаемое напряжение намного больше, чем в части без концентрации напряжений, что легко привести к образование усталостных трещин.

3. Влияние обезуглероживания на усталостную прочность

Обезуглероживание поверхности болта снизит поверхностную твердость и износостойкость болта после закалки, а также значительно снизит усталостную прочность болта. В стандарте GB/T3098.1 предусмотрен тест на обезуглероживание болтов, а также указана максимальная глубина обезуглероживания. В большом количестве литературы показано, что из-за неправильной термической обработки поверхность болта обезуглероживается и качество поверхности снижается, тем самым снижается его усталостная прочность. При анализе причин выхода из строя высокопрочных болтов ветряной турбины 42CrMoA было обнаружено наличие обезуглероженного слоя в месте соединения головки и стержня. Fe3C может реагировать с O2, H2O и H2 при высокой температуре, уменьшая содержание Fe3C внутри материала болта, тем самым увеличивая ферритную фазу материала болта, снижая прочность материала болта и легко вызывая микротрещины. В процессе термообработки необходимо хорошо контролировать температуру нагрева, и в то же время для решения этой проблемы необходимо использовать контролируемый нагрев с защитой атмосферы.

Крепежные детали улучшают микроструктуру за счет термической обработки и отпуска и обладают превосходными комплексными механическими свойствами, которые могут улучшить усталостную прочность материала болта, разумно контролировать размер зерна, чтобы обеспечить энергию удара при низкой температуре, а также обеспечить более высокую ударную вязкость. Разумная термическая обработка для измельчения зерен и сокращения расстояния между границами зерен может предотвратить возникновение усталостных трещин. Если внутри материала имеется определенное количество усов или вторых частиц, эти добавленные фазы могут в определенной степени предотвратить резидентное скольжение. Проскальзывание ремня предотвращает возникновение и расширение микротрещин.

Термическая обработка оказывает большое влияние на усталостную прочность материалов болтов. В процессе термообработки процесс термообработки следует определять в соответствии со свойствами болта. Начальные усталостные трещины возникают из-за концентрации напряжений, вызванной дефектами микроструктуры материала болта. Термическая обработка — это метод оптимизации организации крепежных изделий, который позволяет в определенной степени улучшить усталостные характеристики материалов болтов и увеличить срок службы изделия. В долгосрочной перспективе это может сэкономить ресурсы и соответствовать стратегии устойчивого развития.

Другие новости отрасли оборудования в Шэньчжэне: