Jaký je vliv tepelného zpracování na zlepšení únavové pevnosti šroubů?

Únavová sílašroubybyl vždy problémem. Data ukazují, že většina selhání šroubů je způsobena únavovým poškozením a téměř žádné známky únavového poškození, takže při výskytu únavového poškození může snadno dojít k velkým nehodám. Tepelné zpracování může optimalizovat výkon spojovacích materiálů a zlepšit jejich únavovou pevnost. S ohledem na stále vyšší požadavky na použití vysokopevnostních šroubů je ještě důležitější zlepšit únavovou pevnost materiálů šroubů tepelným zpracováním.

Vliv tepelného zpracování na zlepšení únavové pevnosti šroubů.

Iniciace únavových trhlin v materiálech.

Místo, kde únavové trhliny poprvé začínají, se nazývá zdroj únavy. Zdroj únavy je velmi citlivý na mikrostrukturu šroubu a může iniciovat únavové trhliny ve velmi malém měřítku, obecně v rozmezí 3 až 5 velikostí zrn. Problém kvality povrchu šroubu je hlavním zdrojem únavy a většina únavy začíná na povrchu nebo podpovrchu šroubu. Velký počet dislokací a některé slitinové prvky nebo nečistoty v krystalu materiálu šroubu, stejně jako rozdíly v pevnosti na hranicích zrn, to vše jsou faktory, které mohou vést k iniciaci únavových trhlin. Studie ukázaly, že únavové trhliny se mohou vyskytovat na 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.

Vliv oduhličení na únavovou pevnost.

Oduhličení na povrchu šroubu sníží povrchovou tvrdost a odolnost šroubu proti opotřebení po kalení a výrazně sníží únavovou pevnost šroubu. Norma GB/T3098.1 obsahuje test oduhličení na výkon šroubu a specifikuje maximální hloubku oduhličovací vrstvy. 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 příčiny lomového selhání vysokopevnostního šroubu větrné turbíny 42CrMoA bylo zjištěno, že na spoji hlavy a táhla existovala dekarbonizační vrstva. Fe3C může reagovat s O2, H2O a H2 při vysokých teplotách, což vede k redukci Fe3C uvnitř materiálu šroubu, čímž se zvyšuje feritová fáze materiálu šroubu, snižuje se pevnost materiálu šroubu a snadno způsobuje mikrotrhliny. Tento problém může dobře vyřešit regulace teploty ohřevu během procesu tepelného zpracování a použití ohřevu s řízenou atmosférou.

Vliv tepelného zpracování na únavovou pevnost.

Při analýze únavové pevnostišroubybylo zjištěno, že zlepšení statické únosnosti šroubů lze dosáhnout zvýšením tvrdosti, zatímco zlepšení únavové pevnosti nelze dosáhnout zvýšením tvrdosti. Protože vrubové namáhání šroubů způsobí větší koncentraci napětí, zvýšení tvrdosti vzorků bez koncentrace napětí může zlepšit jejich únavovou pevnost.

Tvrdost je ukazatelem tvrdosti kovových materiálů a je to schopnost materiálů odolávat tlaku tvrdších předmětů, než je ona. Tvrdost také odráží pevnost a plasticitu kovových materiálů. Koncentrace napětí na povrchu šroubů sníží jeho povrchovou pevnost. Při vystavení střídavému dynamickému zatížení budou v místě koncentrace vrubového napětí nadále docházet k mikrodeformacím a procesům zotavení a napětí, kterému je vystaveno, je mnohem větší než v místě bez koncentrace napětí, což může snadno vést k únavovým trhlinám. .

Spojovací prvky zlepšují svou mikrostrukturu tepelným zpracováním a temperováním a mají vynikající komplexní mechanické vlastnosti. Mohou zlepšit únavovou pevnost materiálů šroubů, přiměřeně kontrolovat velikost zrna, aby byla zajištěna rázová práce při nízkých teplotách, a také získat vyšší rázovou houževnatost. Rozumné tepelné zpracování může zjemnit zrna a zkrátit vzdálenost mezi hranicemi zrn, aby se zabránilo únavovým trhlinám. Pokud je uvnitř materiálu určité množství whiskerů nebo částic druhé fáze, mohou tyto přidané fáze do určité míry zabránit sklouznutí zadrženého skluzového pásu, a tím zabránit iniciaci a expanzi mikrotrhlin.

Závěr

Únavové trhliny vznikají vždy na nejslabším článku materiálu.Šroubyjsou náchylné ke vzniku trhlin v důsledku povrchových nebo podpovrchových vad. Zadržené skluzové pásy, hranice zrn, povrchové inkluze nebo částice druhé fáze a dutiny jsou náchylné k tomu, aby se uvnitř materiálu vyskytovaly, protože tato místa jsou náchylná ke koncentraci napětí.

Tepelné zpracování má velký vliv na únavovou pevnost materiálů šroubů. Během procesu tepelného zpracování by měl být proces tepelného zpracování specificky určen podle výkonu šroubu. Počáteční únavová trhlina je způsobena koncentrací napětí způsobenou mikroskopickými strukturálními defekty materiálu šroubu. Tepelné zpracování je metoda optimalizace struktury spojovacího prvku, která může do určité míry zlepšit únavový výkon materiálu šroubu a zvýšit životnost výrobku. Z dlouhodobého hlediska může ušetřit zdroje a přizpůsobit se strategii udržitelného rozvoje