В болтовых соединениях существует тип разрушения, известный как усталостное разрушение. Усталостное разрушение чаще всего происходит в условиях длительной-циклической вибрации. Как и в случае с водородным охрупчиванием, его разрушение происходит внезапно, но они принципиально отличаются друг от друга.-Усталостное разрушение является результатом кумулятивного повреждения при длительных-циклических нагрузках, тогда как водородное охрупчивание — это хрупкое разрушение, вызванное атомами водорода. В настоящее время не существует технологии, позволяющей заранее предсказать точное время, когда болт подвергнется усталостному разрушению. Поэтому профилактические меры необходимо принимать на начальных этапах, таких как проектирование, выбор материалов и установка.
У каждого болта есть срок службы. Хотя некоторые болты можно использовать повторно, их нельзя использовать бесконечно. При длительном нахождении болта в условиях эксплуатации, превышающих расчетную нагрузку, вероятность усталостного разрушения существенно возрастает. Такие переломы не только наносят серьезный ущерб производственному оборудованию, но и в серьезных случаях могут привести к несчастным случаям.
Итак, почему болты подвергаются усталостному разрушению? Относительно устойчивое понимание в отрасли следующее: под действием циклических нагрузок (таких как вибрация и переменное давление) напряжение имеет тенденцию накапливаться в зонах концентрации напряжений болта (например, в основаниях резьбы и в переходе между головкой и хвостовиком). Если согласующиеся компоненты имеют размерные отклонения илиболтустановлен с неправильным предварительным натягом (слишком туго или слишком слабо), местный дисбаланс напряжений будет еще больше усугубляться. Когда накопленное напряжение превышает предел выносливости материала, а пластичность материала недостаточна для смягчения этого повреждения, внутри болта постепенно образуются микротрещины. По мере увеличения количества циклов трещины продолжают распространяться; когда они достигнут критической точки, болт внезапно сломается. То, что мы видим невооруженным глазом как «внезапный перелом», на самом деле является результатом длительного-накопления и постепенного распространения трещины. Весь процесс можно резюмировать следующим образом: циклическое напряжение воздействует на точки концентрации напряжения болта → постепенно разрывает матрицу болта → образуются микротрещины → трещины распространяются до критической точки → болт внезапно разрушается.
Это одна из причин, по которой перед использованием болты необходимо подвергать испытаниям на прочность на разрыв. Хотя испытание на растяжение занимает короткое время, оно позволяет предварительно оценить основные механические свойства болта, наблюдая за местом разрушения (если разрушение происходит в областях концентрации напряжений, таких как основания резьбы или переход головки-хвостовик, необходимо проявлять бдительность в отношении усталостных рисков) и регистрировать силу разрушения. Если сила разрушения болтов при испытании существенно ниже проектных норм, использовать данную партию болтов не рекомендуется.
Кроме того, изменения температуры окружающей среды также влияют на усталостную долговечность болтов. Если болт используется в среде с чрезмерно высокими или низкими температурами или с частыми переменными колебаниями температуры, это ускорит усталостное повреждение материала. В сочетании с эрозией болта под действием агрессивных сред в воздухе (например, влаги и солевого тумана) вероятность усталостного разрушения еще больше увеличится.
Большая часть этих рисков разрушения связана с адаптируемостью материала к условиям эксплуатации. Снизить вероятность усталостного разрушения можно за счет оптимизации производственных процессов: когда позволяют условия, последовательность обработки болтов можно корректировать-сначала заготовки болтов проходят термическую обработку (закалку и отпуск), а затем накатку резьбы (традиционным процессом в некоторых случаях является накатка резьбы с последующей термообработкой. Однако длявысокопрочные-болты, термообработка перед накаткой резьбы может снизить дополнительную концентрацию напряжений, возникающую во время обработки резьбы, тем самым улучшая сопротивление усталости). Альтернативно, болты с полной резьбой можно заменить болтами с частичной резьбой. В конце концов, гладкая часть хвостовика болта не имеет структуры резьбы, что приводит к более равномерному распределению напряжений и гораздо лучшей усталостной прочности, чем у резьбовой части.
