Die Dauerfestigkeit vonhochfeste Schraubenwar schon immer ein wichtiges Thema. Daten zeigen, dass die meisten Ausfälle von hochfesten Schrauben durch Ermüdungsschäden verursacht werden und es bei Ermüdungsschäden fast keine Anzeichen von Schrauben gibt, sodass es bei Auftreten von Ermüdungsschäden wahrscheinlich zu schweren Unfällen kommt.
Kann eine Wärmebehandlung also die Leistung von Verbindungsmaterialien verbessern? Wie stark kann die Dauerfestigkeit erhöht werden? Angesichts der steigenden Einsatzanforderungen hochfester Schrauben ist es umso wichtiger, die Dauerfestigkeit von Schraubenmaterialien durch Wärmebehandlung zu verbessern.
1. Materialermüdungsrisse hochfester Schrauben:
Der Ort, an dem Ermüdungsrisse entstehen, wird als Ermüdungsquelle bezeichnet. Die Ermüdungsquelle reagiert sehr empfindlich auf die Mikrostruktur von Schrauben und kann Ermüdungsrisse in sehr kleinem Maßstab auslösen. Die Qualität der Schraubenoberfläche ist im Allgemeinen innerhalb von 3 bis 5 Korngrößen die Hauptursache für Ermüdung, und der größte Teil der Ermüdung beginnt an der Oberfläche oder im Untergrund der Schraube. Eine große Anzahl von Versetzungen und einige Legierungselemente oder Verunreinigungen im Kristall des Schraubenmaterials sowie Unterschiede in der Korngrenzenfestigkeit können zur Entstehung von Ermüdungsrissen führen. Studien haben gezeigt, dass Ermüdungsrisse an Korngrenzen, Oberflächeneinschlüssen oder Partikeln der zweiten Phase sowie Hohlräumen auftreten können, die alle mit der komplexen und veränderlichen Mikrostruktur von Materialien zusammenhängen. Wenn die Mikrostruktur nach der Wärmebehandlung verbessert werden kann, kann die Dauerfestigkeit des Schraubenmaterials bis zu einem gewissen Grad verbessert werden.
2. Einfluss der Wärmebehandlung auf die Dauerfestigkeit
Bei der Analyse der Dauerfestigkeit vonSchraubenEs wurde festgestellt, dass eine Verbesserung der statischen Tragfähigkeit von Schrauben durch eine Erhöhung der Härte erreicht werden kann, eine Verbesserung der Dauerfestigkeit 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. Die Härte ist ein Index zur Messung der Weichheit und Härte von Metallmaterialien und die Fähigkeit von Materialien, dem Eindringen härterer Objekte zu widerstehen. Der Härtegrad spiegelt auch die Festigkeit und Plastizität metallischer Werkstoffe wider. Die Spannungskonzentration auf der Oberfläche der Schraube verringert deren Oberflächenfestigkeit. Bei wechselnden dynamischen Belastungen findet der Prozess der Mikroverformung und -erholung weiterhin im Teil der Kerbe mit Spannungskonzentration statt, und die Spannung, die er erhält, ist viel größer als die des Teils ohne Spannungskonzentration, sodass dies leicht möglich ist zur Bildung von Ermüdungsrissen führen.
3. Auswirkung der Entkohlung auf die Dauerfestigkeit
Durch die Entkohlung der Bolzenoberfläche werden die Oberflächenhärte und die Verschleißfestigkeit des Bolzens nach dem Abschrecken verringert und die Ermüdungsfestigkeit des Bolzens erheblich verringert. In der Norm GB/T3098.1 gibt es einen Entkohlungstest für die Schraubenleistung und die maximale Entkohlungstiefe ist angegeben. Zahlreiche Fachliteratur zeigt, dass sich durch unsachgemäße Wärmebehandlung die Oberflächenentkohlung und die Oberflächenqualität von Schrauben verschlechtern und dadurch deren Ermüdungsfestigkeit abnimmt. Bei der Analyse der Bruchursache von hochfesten Bolzen in 42CrMoA-Windkraftanlagen wurde festgestellt, dass sich an der Verbindung von Kopf und Stab eine Entkohlungsschicht befand. Fe3C kann bei hohen Temperaturen mit O2, H2O und H2 reagieren, was zu einer Reduktion von Fe3C im Schraubenmaterial führt, wodurch die Ferritphase des Schraubenmaterials erhöht, die Festigkeit des Schraubenmaterials verringert und leicht Mikrorisse verursacht werden. Durch die Kontrolle der Heiztemperatur im Wärmebehandlungsprozess und die Verwendung einer kontrollierten Atmosphäre zum Schutz der Heizung kann dieses Problem gut gelöst werden.
Verbindungselemente verbessern die Mikrostruktur durch Wärmebehandlung und Anlassen und verfügen über hervorragende umfassende mechanische Eigenschaften, die die Ermüdungsfestigkeit von Schraubenmaterialien verbessern, die Korngröße angemessen kontrollieren können, um Schlagenergie bei niedrigen Temperaturen 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. Wenn sich im Inneren des Materials eine bestimmte Menge an Whiskern oder Zweitpartikeln befindet, können diese hinzugefügten Phasen das Ausrutschen des Residents bis zu einem gewissen Grad verhindern. Der Schlupf des Bandes verhindert die Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen.
Die Wärmebehandlung hat großen Einfluss auf die Dauerfestigkeit 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 Fehler in der Mikrostruktur des Schraubenmaterials verursacht wird. Die Wärmebehandlung ist eine Methode zur Optimierung der Struktur von Verbindungselementen, die die Ermüdungsleistung von Schraubenmaterialien bis zu einem gewissen Grad verbessern und die Lebensdauer von Produkten verlängern kann. Langfristig kann es Ressourcen sparen und der Strategie einer nachhaltigen Entwicklung entsprechen.
