Jak moc je zvýšená únavová odolnost vysokopevnostních šroubů po tepelném zpracování

Únavová pevnost šroubů s vysokou pevností byla vždy problémem. Data ukazují, že většina poruch vysokopevnostních šroubů je způsobena únavovým selháním a neexistuje téměř žádná známka únavového selhání šroubů, takže při výskytu únavového selhání pravděpodobně dojde k velkým nehodám.

Může tedy tepelné zpracování zlepšit výkon spojovacích materiálů? Jak moc to zvyšuje jeho únavovou sílu? Vzhledem k rostoucím požadavkům na použití vysokopevnostních šroubů je důležitější zlepšit únavovou pevnost materiálů šroubů tepelným zpracováním.

1. Materiálové únavové trhliny vysokopevnostních šroubů:

Místo, kde únavová trhlina poprvé začíná, se nazývá zdroj únavy. Zdroj únavy je velmi citlivý na mikrostrukturu šroubů a únavové trhliny mohou být vyvolány ve velmi malém měřítku. Obecně v rozmezí 3 až 5 velikostí zrn je kvalita povrchu šroubu hlavním zdrojem únavy a většina únavy začíná na povrchu šroubu nebo podpovrchu. Velký počet dislokací, některé legující prvky nebo nečistoty v krystalu materiálu šroubu a rozdíl v pevnosti na hranicích zrn, to vše může vést k iniciaci únavové trhliny. Studie ukázaly, že únavové trhliny se mohou vyskytovat v následujících místech: hranice zrn, povrchové inkluze nebo částice druhé fáze a dutiny. Všechna tato místa souvisí se složitou a proměnlivou mikrostrukturou materiálu. Pokud lze mikrostrukturu zlepšit po tepelném zpracování, lze do určité míry zlepšit únavovou pevnost materiálu šroubu.

2. Vliv tepelného zpracování na únavovou pevnost (Průvodce: Jaké jsou parametry kuličkových šroubů obecně)

Při analýze únavové pevnosti šroubů bylo zjištěno, že zlepšení statické únosnosti šroubů lze dosáhnout zvýšením tvrdosti, zatímco zlepšení únavové pevnosti nelze dosáhnout zvýšením tvrdosti. Protože vrubové napětí šroubu způsobí větší koncentraci napětí, zvýšení tvrdosti vzorku bez koncentrace napětí může zlepšit jeho únavovou pevnost. Tvrdost je index pro měření stupně tvrdosti kovového materiálu. Je to schopnost materiálu odolávat vniknutí předmětů tvrději než on. Úroveň tvrdosti také odráží pevnost a plasticitu kovového materiálu. Koncentrace napětí na povrchu šroubu sníží jeho povrchovou pevnost. Při vystavení střídavým dynamickým zatížením bude proces mikrodeformace a obnovy nadále probíhat v části vrubu s koncentrací napětí a napětí, které dostává, je mnohem větší než u části bez koncentrace napětí, což lze snadno vést k generování únavových trhlin.

3. Vliv oduhličení na únavovou pevnost

Oduhličení povrchu šroubu sníží povrchovou tvrdost a odolnost šroubu proti opotřebení po kalení a výrazně sníží únavovou pevnost šroubu. V normě GB/T3098.1 existuje test oduhličení na výkon šroubu a je specifikována maximální hloubka oduhličení. Z velkého množství literatury vyplývá, že vlivem nevhodného tepelného zpracování dochází k oduhličení povrchu šroubu a snížení kvality povrchu, čímž se snižuje jeho únavová pevnost. Při analýze důvodů selhání vysokopevnostních šroubů větrné turbíny 42CrMoA bylo zjištěno, že na spoji hlavy a táhla byla oduhličená vrstva. Fe3C může reagovat s O2, H2O a H2 při vysoké teplotě za účelem snížení Fe3C uvnitř materiálu šroubu, čímž se zvýší feritová fáze materiálu šroubu, sníží se pevnost materiálu šroubu a snadno způsobí mikrotrhliny. V procesu tepelného zpracování musí být dobře řízena teplota ohřevu a současně musí být k řešení tohoto problému použit ochranný ohřev s řízenou atmosférou.

Spojovací prvky zlepšují mikrostrukturu prostřednictvím tepelného zpracování a temperování a mají vynikající komplexní mechanické vlastnosti, které mohou zlepšit únavovou pevnost materiálu šroubu, přiměřeně řídit velikost zrna, aby byla zajištěna energie nárazu při nízké teplotě, a také získat vyšší rázovou houževnatost. Rozumné tepelné zpracování pro zjemnění zrn a zkrácení vzdálenosti mezi hranicemi zrn může zabránit vzniku únavových trhlin. Pokud je uvnitř materiálu určité množství whiskerů nebo druhých částic, mohou tyto přidané fáze do určité míry zabránit rezidentnímu skluzu. Prokluz pásu zabraňuje iniciaci a expanzi mikrotrhlin.

Tepelné zpracování má velký vliv na únavovou pevnost materiálů šroubů. Během procesu tepelného zpracování by měl být proces tepelného zpracování určen podle vlastností šroubu. Počáteční únavové trhliny jsou způsobeny koncentrací napětí způsobenou defekty mikrostruktury materiálu šroubu. Tepelné zpracování je metoda optimalizace organizace spojovacích prvků, která může do určité míry zlepšit únavové vlastnosti materiálů šroubů a zvýšit životnost výrobku. Z dlouhodobého hlediska může šetřit zdroje a podřídit se strategii udržitelného rozvoje.

Další související novinky z hardwarového průmyslu Shenzhen: