Как влияет термообработка на повышение усталостной прочности болтов?

Усталостная прочностьболтывсегда вызывал беспокойство. Данные показывают, что большая часть отказов болтов вызвана усталостным повреждением, и признаков усталостного повреждения почти нет, поэтому при усталостном повреждении могут легко произойти серьезные аварии. Термическая обработка может оптимизировать характеристики крепежных материалов и повысить их усталостную прочность. Учитывая все более высокие требования к использованию высокопрочных болтов, еще более важно повысить усталостную прочность материалов болтов посредством термической обработки.

Влияние термообработки на повышение усталостной прочности болтов.

Возникновение усталостных трещин в материалах.

Место, где впервые возникают усталостные трещины, называется источником усталости. Источник усталости очень чувствителен к микроструктуре болта и может инициировать усталостные трещины в очень небольшом масштабе, обычно в пределах 3–5 размеров зерен. Проблема качества поверхности болта является основным источником усталости, и большая часть усталости начинается с поверхности или подповерхности болта. Большое количество дислокаций и некоторых легирующих элементов или примесей в кристалле материала болта, а также различия в прочности границ зерен являются факторами, которые могут привести к возникновению усталостных трещин. Исследования показали, что усталостные трещины склонны возникать в следующих местах: границах зерен, поверхностных включениях или частицах второй фазы и пустотах. Все эти места связаны со сложной и изменчивой микроструктурой материала. Если микроструктуру можно улучшить после термообработки, усталостную прочность материала болта можно в определенной степени повысить.

Влияние обезуглероживания на усталостную прочность.

Обезуглероживание поверхности болта снизит поверхностную твердость и износостойкость болта после закалки, а также значительно снизит усталостную прочность болта. Стандарт GB/T3098.1 содержит тест на обезуглероживание болтов и определяет максимальную глубину обезуглероживающего слоя. 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 причины разрушения высокопрочного болта ветроэнергетической установки из 42CrMoA было установлено наличие слоя обезуглероживания на стыке головки и стержня. Fe3C может реагировать с O2, H2O и H2 при высоких температурах, что приводит к уменьшению содержания Fe3C внутри материала болта, тем самым увеличивая ферритную фазу материала болта, снижая прочность материала болта и легко вызывая микротрещины. Контроль температуры нагрева во время процесса термообработки и применение нагрева с контролируемой атмосферой могут хорошо решить эту проблему.

Влияние термической обработки на усталостную прочность.

При анализе усталостной прочностиболтыУстановлено, что улучшение несущей способности болтов при статической нагрузке может быть достигнуто за счет увеличения твердости, тогда как повышение усталостной прочности за счет увеличения твердости невозможно. Поскольку напряжение надреза болтов вызывает большую концентрацию напряжений, увеличение твердости образцов без концентрации напряжений может улучшить их усталостную прочность.

Твердость является показателем твердости металлических материалов и способностью материалов сопротивляться давлению более твердых, чем он, предметов. Твердость также отражает прочность и пластичность металлических материалов. Концентрация напряжений на поверхности болтов снизит их поверхностную прочность. При воздействии знакопеременных динамических нагрузок в месте концентрации напряжений надреза будут продолжать происходить процессы микродеформации и восстановления, причем напряжение, которому он подвергается, намного больше, чем в месте без концентрации напряжений, что легко может привести к усталостным трещинам. .

Крепежные изделия улучшают свою микроструктуру за счет термообработки и отпуска и обладают превосходными механическими свойствами. Они могут улучшить усталостную прочность материалов болтов, разумно контролировать размер зерна, чтобы обеспечить ударную работу при низких температурах, а также обеспечить более высокую ударную вязкость. Разумная термическая обработка может измельчить зерна и сократить расстояние между границами зерен, чтобы предотвратить усталостные трещины. Если внутри материала имеется определенное количество усов или частиц второй фазы, эти добавленные фазы могут в определенной степени препятствовать скольжению удерживаемой полосы скольжения, тем самым предотвращая зарождение и расширение микротрещин.

Заключение

Усталостные трещины всегда возникают в самом слабом звене материала.Болтысклонны к образованию трещин из-за поверхностных или подповерхностных дефектов. Оставшиеся полосы скольжения, границы зерен, поверхностные включения или частицы второй фазы, а также пустоты склонны возникать внутри материала, поскольку эти места склонны к концентрации напряжений.

Термическая обработка оказывает большое влияние на усталостную прочность материалов болтов. В процессе термообработки процесс термообработки должен быть конкретно определен в соответствии с характеристиками болта. Начальная усталостная трещина возникает в результате концентрации напряжений, вызванной микроскопическими структурными дефектами материала болта. Термическая обработка — это метод оптимизации конструкции крепежа, который может в определенной степени улучшить усталостные характеристики материала болта и увеличить срок службы изделия. В долгосрочной перспективе это может сэкономить ресурсы и соответствовать стратегии устойчивого развития.