Усталостная прочностьвысокопрочные болтывсегда был важным вопросом. Данные показывают, что большая часть отказов высокопрочных болтов вызвана усталостным повреждением, и признаков усталостного повреждения болтов почти нет, поэтому при возникновении усталостного повреждения вероятны крупные аварии.
Итак, может ли термическая обработка улучшить характеристики крепежных материалов? Насколько он может повысить свою усталостную прочность? Ввиду растущих требований к использованию высокопрочных болтов еще более важно улучшить усталостную прочность материалов болтов посредством термической обработки.
1. Усталостные трещины материала высокопрочногоболты:
Место, где впервые зарождаются усталостные трещины, называется источником усталости. Источник усталости очень чувствителен к микроструктуре болтов и может инициировать усталостные трещины в очень малых масштабах. Как правило, в пределах зернистости от 3 до 5 качество поверхности болта является основным источником усталости, и большая часть усталости начинается с поверхности или под поверхностью болта. Большое количество дислокаций и некоторых легирующих элементов или примесей в кристалле материала болта, а также различия в прочности границ зерен — эти факторы могут привести к зарождению усталостной трещины. Исследования показали, что усталостные трещины склонны возникать на границах зерен, поверхностных включениях или частицах второй фазы и полостях, что связано со сложной и изменчивой микроструктурой материалов. Если микроструктура может быть улучшена после термической обработки, усталостная прочность материала болта может быть улучшена до определенной степени.
2. Влияние термической обработки на усталостную прочность.
При анализе усталостной прочности болтов установлено, что повышение несущей способности болтов при статической нагрузке может быть достигнуто за счет увеличения твердости, но повышение усталостной прочности не может быть достигнуто за счет увеличения твердости. Поскольку напряжение надреза болта вызовет большую концентрацию напряжения, увеличение твердости образца без концентрации напряжения может улучшить его усталостную прочность. Твердость — это показатель для измерения мягкости и твердости металлических материалов, а также способность материалов сопротивляться проникновению предметов, более твердых, чем он. Уровень твердости также отражает прочность и пластичность металлических материалов. Концентрация напряжения на поверхности болта снижает его поверхностную прочность. При воздействии знакопеременных динамических нагрузок процесс микродеформации и восстановления будет продолжаться в части надреза с концентрацией напряжений, и напряжение, которое она получает, намного больше, чем в части без концентрации напряжений, поэтому ее легко привести к образованию усталостных трещин.
3. Влияние обезуглероживания на усталостную прочность.
Обезуглероживание поверхности болта снизит твердость поверхности и износостойкость болта после закалки, а также значительно снизит усталостную прочность болта. В стандарте GB/T3098.1 есть испытание на обезуглероживание характеристик болта и указана максимальная глубина обезуглероживания. В большом количестве литературы показано, что из-за неправильной термической обработки происходит обезуглероживание поверхности болта и снижение качества поверхности, что снижает его усталостную прочность. При анализе причины разрушения высокопрочных болтов ветроустановок из 42CrMoA было установлено наличие обезуглероженного слоя на стыке головки и стержня. Fe3C может реагировать с O2, H2O и H2 при высокой температуре, что приводит к восстановлению Fe3C внутри материала болта, тем самым увеличивая ферритную фазу материала болта, снижая прочность материала болта и легко вызывая микротрещины. Контроль температуры нагрева в процессе термообработки и использование контролируемой атмосферы для защиты нагрева могут решить эту проблему.
Крепежные детали улучшают микроструктуру за счет термообработки и отпуска и обладают отличными комплексными механическими свойствами, которые могут улучшить усталостную прочность материалов болтов, разумно контролировать размер зерна, чтобы обеспечить низкотемпературную ударную энергию, а также могут получить высокую ударную вязкость. Разумная термическая обработка измельчает зерна и сокращает расстояние между границами зерен, чтобы предотвратить появление усталостных трещин. Если внутри материала имеется определенное количество нитевидных кристаллов или вторичных частиц, эти добавленные фазы могут в определенной степени предотвратить резидентное скольжение. Проскальзывание ремня предотвращает возникновение и распространение микротрещин.
Термическая обработка оказывает большое влияние на усталостную прочность материалов болтов. В процессе термообработки процесс термообработки следует определять в зависимости от характеристик болта. Возникновение начальных усталостных трещин обусловлено концентрацией напряжений, обусловленной дефектами микроструктуры материала болта. Термическая обработка — это метод оптимизации структуры крепежных изделий, который может в определенной степени улучшить усталостные характеристики материалов болтов и увеличить срок службы изделий. В долгосрочной перспективе это может сэкономить ресурсы и соответствовать стратегии устойчивого развития.
