Який вплив термічної обробки на підвищення втомної міцності болтів?

Втомна міцністьболтизавжди викликало занепокоєння. Дані показують, що більшість поломок болтів викликано втомним пошкодженням, і майже немає ознак втомного пошкодження, тому серйозні аварії можуть легко статися, коли відбувається втомне пошкодження. Термічна обробка може оптимізувати характеристики кріпильних матеріалів і підвищити їх міцність на втому. З огляду на все більш високі вимоги до використання високоміцних болтів, ще більш важливим є покращення втомної міцності матеріалів болтів за допомогою термічної обробки.

Вплив термічної обробки на підвищення втомної міцності болтів.

Зародження втомних тріщин у матеріалах.

Місце, де спочатку виникають втомні тріщини, називається джерелом втоми. Джерело втоми дуже чутливе до мікроструктури болта і може ініціювати втомні тріщини в дуже малому масштабі, як правило, в межах від 3 до 5 розмірів зерен. Проблема якості поверхні болта є основним джерелом втоми, і більшість втоми починається з поверхні або підповерхні болта. Велика кількість дислокацій і деяких легуючих елементів або домішок у кристалі матеріалу болта, а також різниця в міцності між зернами є факторами, які можуть призвести до виникнення втомних тріщин. Дослідження показали, що втомні тріщини схильні до появи в таких місцях: межі зерен, поверхневі включення або частки другої фази та порожнечі. Усі ці місця пов’язані зі складною та мінливою мікроструктурою матеріалу. Якщо мікроструктуру можна покращити після термічної обробки, можна певною мірою покращити втомну міцність матеріалу болта.

Вплив обезуглерожування на втомну міцність.

Знекарбонізація поверхні болта зменшить поверхневу твердість і зносостійкість болта після загартування, а також значно знизить втомну міцність болта. Стандарт GB/T3098.1 містить випробування на зневуглецювання продуктивності болтів і вказує максимальну глибину шару зневуглецювання. Велика кількість літературних джерел показує, що через неправильну термічну обробку поверхня болта обезвуглецьовується і якість поверхні знижується, тим самим знижуючи її втомну міцність. При аналізі причини руйнування високоміцного болта вітрової турбіни 42CrMoA було виявлено, що на стику головки і штока існує шар знеуглерожування. Fe3C може реагувати з O2, H2O та H2 при високих температурах, що призводить до зменшення Fe3C всередині матеріалу болта, тим самим збільшуючи феритну фазу матеріалу болта, знижуючи міцність матеріалу болта та легко викликаючи мікротріщини. Контроль температури нагріву під час процесу термічної обробки та застосування контрольованого захисного нагріву атмосфери може добре вирішити цю проблему.

Вплив термічної обробки на втомну міцність.

При аналізі втомної міцностіболтибуло виявлено, що підвищення статичної несучої здатності болтів можна досягти шляхом збільшення твердості, тоді як підвищення міцності на втому не можна досягти шляхом збільшення твердості. Оскільки напруга надрізу болтів спричинить більшу концентрацію напруги, збільшення твердості зразків без концентрації напруги може покращити їхню втомну міцність.

Твердість — це показник твердості металевих матеріалів і здатність матеріалів протистояти тиску більш твердих предметів, ніж він. Твердість також відображає міцність і пластичність металевих матеріалів. Концентрація напруги на поверхні болтів зменшить міцність його поверхні. Під час дії змінних динамічних навантажень процеси мікродеформації та відновлення продовжуватимуть відбуватися в місці концентрації напруги надрізу, і напруга, якій вона піддається, є набагато більшою, ніж на ділянці без концентрації напруги, що може легко призвести до втомних тріщин. .

Кріпильні деталі покращують свою мікроструктуру завдяки термічній обробці та гарту, а також мають чудові комплексні механічні властивості. Вони можуть підвищити втомну міцність матеріалів болтів, розумно контролювати розмір зерна для забезпечення низькотемпературної ударної роботи, а також отримати вищу ударну в’язкість. Розумна термічна обробка може подрібнити зерна та скоротити відстань між межами зерен, щоб запобігти втомним тріщинам. Якщо всередині матеріалу є певна кількість вусів або частинок другої фази, ці додані фази можуть певною мірою запобігти ковзанню смуги утримуваного ковзання, тим самим запобігаючи виникненню та розширенню мікротріщин.

Висновок

Втомні тріщини завжди виникають у найслабшій ланці матеріалу.Болтисхильні до тріщин через поверхневі або підповерхневі дефекти. Смуги утримуваного ковзання, межі зерен, поверхневі включення або частинки другої фази та порожнечі схильні до появи всередині матеріалу, оскільки ці місця схильні до концентрації напруги.

Термічна обробка має великий вплив на втомну міцність матеріалів болтів. Під час процесу термічної обробки процес термічної обробки повинен бути спеціально визначений відповідно до продуктивності болта. Початкова втомна тріщина спричинена концентрацією напруг, спричиненою мікроскопічними структурними дефектами матеріалу болта. Термічна обробка — це метод оптимізації структури кріпильного елемента, який може певною мірою покращити показники втоми матеріалу болта та збільшити термін служби виробу. У довгостроковій перспективі це може заощадити ресурси та відповідати стратегії сталого розвитку