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高强螺栓热处理后其抗疲劳度提升多少

高强螺栓热处理后其抗疲劳度提升多少

高强螺栓的疲劳强度一直是人们关注的问题。数据表明,高强度螺栓的失效大多是由疲劳失效引起的,几乎没有螺栓疲劳失效的迹象,因此疲劳失效时容易发生重大事故。

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一、高强度螺栓材料疲劳裂纹:

疲劳裂纹开始的地方叫做疲劳源。疲劳源对螺栓的微观组织非常敏感,可以在很小的范围内产生疲劳裂纹。一般来说,在3-5个晶粒尺寸范围内,螺栓的表面质量是疲劳的主要来源,疲劳大多从螺栓的表面或亚表面开始。螺栓晶体中存在大量的位错,一些合金元素或杂质,以及晶界强度的差异,可能导致疲劳裂纹的产生。结果表明,疲劳裂纹的位置是晶界、表面夹杂物或第二相颗粒、孔洞,这些与材料的复杂显微组织有关。如果热处理后组织得到改善,螺栓材料的疲劳强度可以得到一定程度的提高。

二、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。

三、脱碳对疲劳强度的影响

螺栓表面脱碳会降低淬火后的表面硬度、耐磨性和疲劳强度。标准GB/T30981对螺栓性能进行脱碳试验,确定脱碳层的最大深度。大量文献表明,由于热处理不当,螺栓表面脱碳和表面质量降低,疲劳强度降低。对42CrMoA风电机组高强度螺栓断裂失效进行了分析,发现在头、杆连接处存在脱碳层。Fe3C在高温下能与O2、H2O和H2发生反应,导致螺栓材料中Fe3C的减少,从而增加螺栓材料的铁素体相,降低螺栓材料的强度,容易产生微裂纹。在热处理过程中,必须控制加热温度,并用可控气氛保护加热。

通过热处理和回火处理,改善了紧固件的显微组织,具有优异的综合力学性能。它可以提高螺栓材料的疲劳强度,合理控制晶粒尺寸,保证低温冲击能,并获得较高的冲击韧性。合理的热处理可以细化晶粒,缩短晶界距离,防止疲劳裂纹的产生。当材料中含有一定数量的晶须或第二粒子时,这些相的加入可以在一定程度上防止持久滑移带的滑移,从而防止微裂纹的萌生和扩展。

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热处理对螺栓材料的疲劳强度有很大影响。在热处理过程中,应根据螺栓性能确定热处理工艺。螺栓材料的显微组织缺陷引起的应力集中导致了初始疲劳裂纹。热处理是一种优化紧固件结构的方法,可以在一定程度上提高螺栓材料的疲劳性能和产品的寿命。从长远来看,可以节约资源,符合可持续发展战略。


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