Die Ermüdungsfestigkeit vonhochfeste Schraubenwar schon immer ein wichtiges Thema. Die Daten zeigen, dass der größte Teil des Versagens hochfester Schrauben durch Ermüdungsschäden verursacht wird, und es gibt fast keine Anzeichen von Schraubenermüdungsschäden, sodass es wahrscheinlich zu schweren Unfällen kommt, wenn Ermüdungsschäden auftreten.
Kann also eine Wärmebehandlung die Leistung von Befestigungsmaterialien verbessern? Wie stark kann es seine Ermüdungsfestigkeit erhöhen? Angesichts der steigenden Einsatzanforderungen hochfester Schrauben ist es umso wichtiger, die Dauerfestigkeit von Schraubenwerkstoffen durch Wärmebehandlung zu verbessern.
1. Materialermüdungsrisse von hoher FestigkeitSchrauben:
Der Ort, an dem Ermüdungsrisse zum ersten Mal auftreten, wird als Quelle der Ermüdung bezeichnet. Die Ermüdungsquelle reagiert sehr empfindlich auf die Mikrostruktur von Schrauben und kann Ermüdungsrisse in sehr kleinem Maßstab auslösen. Im Allgemeinen innerhalb von 3 bis 5 Korngrößen ist die Qualität der Schraubenoberfläche die Hauptursache für Ermüdung, und der größte Teil der Ermüdung beginnt an der Oberfläche oder unter der Oberfläche der Schraube. Eine große Anzahl von Versetzungen und einige Legierungselemente oder Verunreinigungen im Schraubenmaterialkristall und Unterschiede in der Korngrenzenfestigkeit, diese Faktoren können zur Entstehung von Ermüdungsrissen führen. Studien haben gezeigt, dass Ermüdungsrisse dazu neigen, an Korngrenzen, Oberflächeneinschlüssen oder Partikeln der zweiten Phase und Hohlräumen aufzutreten, die alle mit der komplexen und veränderlichen Mikrostruktur von Materialien zusammenhängen. Wenn die Mikrostruktur nach der Wärmebehandlung verbessert werden kann, kann die Ermüdungsfestigkeit des Bolzenmaterials bis zu einem gewissen Grad verbessert werden.
2. Auswirkung der Wärmebehandlung auf die Ermüdungsfestigkeit
Bei der Analyse der Ermüdungsfestigkeit von Schrauben stellt sich heraus, dass eine Verbesserung der statischen Tragfähigkeit von Schrauben durch eine Erhöhung der Härte erreicht werden kann, eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit jedoch nicht durch eine Erhöhung der Härte erreicht werden kann. Da die Kerbspannung der Schraube eine große Spannungskonzentration verursacht, kann eine Erhöhung der Härte der Probe ohne Spannungskonzentration ihre Ermüdungsfestigkeit verbessern. Härte ist ein Index zur Messung der Weichheit und Härte von Metallmaterialien, und es ist die Fähigkeit von Materialien, dem Eindringen von Objekten zu widerstehen, die härter sind als sie. Der Härtegrad spiegelt auch die Festigkeit und Plastizität metallischer Werkstoffe wider. Die Spannungskonzentration auf der Oberfläche des Bolzens verringert seine Oberflächenfestigkeit. Bei wechselnden dynamischen Belastungen findet der Prozess der Mikroverformung und Erholung weiterhin am Spannungskonzentrationsteil der Kerbe statt, und die Spannung, der sie ausgesetzt ist, ist viel größer als die des Teils ohne Spannungskonzentration, so dass dies leicht möglich ist zur Entstehung von Ermüdungsrissen führen.
3. Auswirkung der Entkohlung auf die Ermüdungsfestigkeit
Die Entkohlung der Schraubenoberfläche verringert die Oberflächenhärte und die Verschleißfestigkeit der Schraube nach dem Abschrecken und verringert die Ermüdungsfestigkeit der Schraube erheblich. In der Norm GB/T3098.1 gibt es einen Entkohlungstest für die Schraubenleistung und die maximale Entkohlungstiefe ist angegeben. Eine Vielzahl von Literaturstellen zeigt, dass durch unsachgemäße Wärmebehandlung die Schraubenoberfläche entkohlt und die Oberflächenqualität reduziert wird, wodurch die Dauerfestigkeit verringert wird. Bei der Analyse der Bruchursache von hochfesten Schrauben in 42CrMoA-Windkraftanlagen wurde festgestellt, dass sich an der Verbindung von Kopf und Stab eine Entkohlungsschicht befand. Fe3C kann bei hoher Temperatur mit O2, H2O und H2 reagieren, was zu einer Reduzierung von Fe3C im Schraubenmaterial führt, wodurch die Ferritphase des Schraubenmaterials erhöht wird, die Festigkeit des Schraubenmaterials verringert wird und leicht Mikrorisse verursacht werden. Die Steuerung der Erwärmungstemperatur im Wärmebehandlungsprozess und die Verwendung einer kontrollierten Atmosphäre zum Schutz der Erwärmung können dieses Problem gut lösen.
Verbindungselemente verbessern die Mikrostruktur durch Wärmebehandlung und Anlassen und weisen hervorragende umfassende mechanische Eigenschaften auf, die die Ermüdungsfestigkeit von Bolzenmaterialien verbessern, die Korngröße angemessen steuern können, um eine Schlagenergie bei niedriger Temperatur sicherzustellen, und auch eine hohe Schlagzähigkeit erzielen können. Eine angemessene Wärmebehandlung verfeinert die Körner und verkürzt den Korngrenzenabstand, um das Auftreten von Ermüdungsrissen zu verhindern. Befindet sich eine gewisse Menge an Whiskern oder zweiten Partikeln im Inneren des Materials, können diese zugesetzten Phasen den residenten Schlupf bis zu einem gewissen Grad verhindern. Der Schlupf des Riemens verhindert die Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen.
Die Wärmebehandlung hat einen großen Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit von Schraubenwerkstoffen. Während des Wärmebehandlungsprozesses sollte der Wärmebehandlungsprozess entsprechend der Leistung der Schraube bestimmt werden. Die Entstehung anfänglicher Ermüdungsrisse wird durch die Spannungskonzentration verursacht, die durch die Defekte in der Mikrostruktur des Schraubenmaterials verursacht wird. Die Wärmebehandlung ist eine Methode zur Optimierung der Struktur von Verbindungselementen, die das Ermüdungsverhalten von Schraubenmaterialien bis zu einem gewissen Grad verbessern und die Lebensdauer von Produkten verlängern kann. Langfristig kann es Ressourcen sparen und der Strategie der nachhaltigen Entwicklung entsprechen.
