高強度螺栓熱處理后其抗疲勞度提升多少

高強度螺栓的疲勞強度一直以來都是受到重視的問題。有數(shù)據(jù)表明高強度螺栓的失效絕大多數(shù)是由于疲勞破壞引起的，且疲勞破壞時螺栓幾乎無征兆，因此重大事故很容易在產(chǎn)生疲勞破壞時發(fā)生。

那么，熱處理能夠提升緊固件材料性能嗎？使其疲勞強度提高多少？針對高強度螺栓越來越高的使用要求，通過熱處理提高螺栓材料的疲勞強度更顯十分重要。

高強度螺栓的材料疲勞裂紋

1. 疲勞裂紋最先開始的地方稱為疲勞源。疲勞源對于螺栓微觀結構組織很敏感，能在很小的尺度下萌生疲勞裂紋。

2. 一般在3~5個晶粒尺寸內，螺栓表面質量問題是主要的疲勞源，大部分的疲勞始于螺栓表面或者亞表面。

3. 螺栓材料晶體內部存在的大量位錯和一些合金元素或雜質，晶界強度差異，這些因素都有可能導致疲勞裂紋萌生。

研究表明，疲勞裂紋易發(fā)位置有：晶界、表面夾雜物或第二相顆粒、空洞，這些位置都與材料復雜多變的微觀組織有關。如果熱處理后能夠改善微觀組織，那么就能在一定程度上提高螺栓材料的疲勞強度。

熱處理對疲勞強度的影響

在對螺栓疲勞強度進行分析時，發(fā)現(xiàn)提高螺栓的靜載荷承受能力可通過提高硬度來實現(xiàn)，而疲勞強度的提高并不能通過提高硬度的方法。

因為螺栓有缺口應力會引起較大的應力集中，對于沒有應力集中的樣品提高硬度是能夠提高其疲勞強度的。

1. 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標，是材料抵抗比它更硬物體壓入的能力，硬度高低也同樣反映了金屬材料的強度、塑性的大小。

2. 螺栓表面的應力集中會降低其表面強度，在受到交變的動載荷時，在缺口應力集中部位不斷發(fā)生微變形和恢復的過程，且其受到的應力遠遠大于無應力集中的部位，從而容易導致疲勞裂紋的產(chǎn)生。

熱處理

提高螺栓材料的疲勞強度

緊固件通過熱處理調質改善顯微組織，并具有優(yōu)良的綜合力學性能，可以提高螺栓材料的疲勞強度。

合理控制晶粒尺寸以保證低溫沖擊功，也能獲得較高的沖擊韌性。

合理的熱處理細化晶粒，縮短晶界距離能阻止疲勞裂紋的產(chǎn)生。

在材料內部如果存在一定量的晶須或第二項顆粒，這些加入的相便可以在一定程度上阻止駐留滑移帶的滑移，從而阻止了微裂紋的萌生和擴展。

熱處理

對于螺栓材料疲勞強度的影響

在熱處理過程中，要根據(jù)螺栓性能來具體確定熱處理工藝。初始疲勞裂紋的產(chǎn)生是由于螺栓材料微觀組織缺陷導致應力集中引起的。

熱處理是一種優(yōu)化緊固件組織的方法，能在一定程度上提高螺栓材料的疲勞性能，提高產(chǎn)品的壽命。

脫碳對疲勞強度的影響

螺栓表面脫碳會降低淬火后螺栓的表面硬度、耐磨性，并顯著降低螺栓疲勞強度。

1. GB/T3098.1標準中就有針對螺栓性能的脫碳試驗，并規(guī)定最大脫碳層深度。大量的文獻資料表明，由于不當?shù)臒崽幚矸绞?，使得螺栓表面脫碳和表面質量下降，從而使其疲勞強度降低。

2. 在分析42CrMoA風電機組高強度螺栓斷裂失效原因時，發(fā)現(xiàn)在頭桿交接處是因為存在脫碳層。Fe3C在高溫下能與O2、H2O、H2發(fā)生反應導致螺栓材料內部Fe3C的減少，從而增加了螺栓材料的鐵素體相，降低螺栓材料強度，容易引發(fā)微裂紋。

在熱處理過程中控制好加熱溫度，同時必須采用可控氣氛保護加熱能夠很好地解決這一問題。從長遠看能夠節(jié)約資源，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。