Utmattningsstyrkan hoshöghållfasta bultarhar alltid varit en viktig fråga. Data visar att det mesta av fel på höghållfasta bultar orsakas av utmattningsskador, och det finns nästan inga tecken på utmattningsskador, så stora olyckor kommer sannolikt att inträffa när utmattningsskador uppstår.
Så, kan värmebehandling förbättra prestandan hos fästmaterial? Hur mycket kan det öka sin utmattningsstyrka? Med tanke på de ökande användningskraven för höghållfasta bultar är det ännu viktigare att förbättra utmattningshållfastheten hos bultmaterial genom värmebehandling.
1. Materialutmattningssprickor av hög hållfasthetbultar:
Platsen där trötthetssprickor först börjar kallas källan till trötthet. Utmattningskällan är mycket känslig för bultars mikrostruktur och kan initiera utmattningssprickor i mycket liten skala. I allmänhet inom 3 till 5 kornstorlekar är kvaliteten på bultens yta den huvudsakliga källan till utmattning, och det mesta av utmattningen börjar från bultens yta eller underyta. Ett stort antal dislokationer och vissa legeringselement eller föroreningar i bultmaterialets kristall, och skillnader i korngränshållfasthet, kan dessa faktorer leda till att utmattningssprickor initieras. Studier har visat att utmattningssprickor är benägna att uppstå vid korngränser, ytinneslutningar eller andrafaspartiklar och hålrum, som alla är relaterade till materials komplexa och föränderliga mikrostruktur. Om mikrostrukturen kan förbättras efter värmebehandling kan utmattningshållfastheten hos bultmaterialet förbättras i viss utsträckning.
2. Värmebehandlingens effekt på utmattningshållfastheten
När man analyserar utmattningshållfastheten hos bultar visar det sig att förbättring av bultarnas statiska belastningskapacitet kan uppnås genom att öka hårdheten, men förbättringen av utmattningshållfastheten kan inte uppnås genom att öka hårdheten. Eftersom bultens skårspänning kommer att orsaka en stor spänningskoncentration, kan en ökning av provets hårdhet utan spänningskoncentration förbättra dess utmattningshållfasthet. Hårdhet är ett index för att mäta mjukheten och hårdheten hos metallmaterial, och det är materialens förmåga att motstå intrång av föremål hårdare än det. Hårdhetsnivån återspeglar också styrkan och plasticiteten hos metallmaterial. Spänningskoncentrationen på bultens yta kommer att minska dess ythållfasthet. När den utsätts för alternerande dynamiska belastningar kommer processen med mikrodeformation och återhämtning att fortsätta att inträffa vid spänningskoncentrationsdelen av skåran, och spänningen den tar emot är mycket större än den för delen utan spänningskoncentration, så det är lätt att leda till bildandet av utmattningssprickor.
3. Effekt av avkolning på utmattningshållfasthet
Avkolning av bultens yta kommer att minska bultens ythårdhet och slitstyrka efter härdning och avsevärt minska bultens utmattningshållfasthet. I GB/T3098.1-standarden finns ett avkolningstest för bultprestanda, och det maximala avkolningsdjupet är specificerat. Ett stort antal litteratur visar att på grund av felaktig värmebehandling avkolas bultens yta och ytkvaliteten reduceras, vilket minskar dess utmattningshållfasthet. Vid analys av orsaken till brottbrott hos höghållfasta bultar i 42CrMoA vindturbiner, fann man att det fanns ett avkolningsskikt vid föreningspunkten mellan huvudet och stången. Fe3C kan reagera med O2, H2O och H2 vid hög temperatur, vilket resulterar i minskning av Fe3C inuti bultmaterialet, vilket ökar ferritfasen i bultmaterialet, minskar hållfastheten hos bultmaterialet och orsakar lätt mikrosprickor. Att kontrollera uppvärmningstemperaturen i värmebehandlingsprocessen och använda en kontrollerad atmosfär för att skydda uppvärmningen kan lösa detta problem väl.
Fästelement förbättrar mikrostrukturen genom värmebehandling och härdning, och har utmärkta omfattande mekaniska egenskaper, vilket kan förbättra utmattningshållfastheten hos bultmaterial, rimligt kontrollera kornstorleken för att säkerställa lågtemperaturslagenergi och kan också erhålla hög slaghållfasthet. Rimlig värmebehandling förfinar kornen och förkortar korngränsavståndet för att förhindra uppkomsten av utmattningssprickor. Om det finns en viss mängd morrhår eller andra partiklar inuti materialet, kan dessa tillsatta faser förhindra att den boende glider i viss utsträckning. Bandets glidning förhindrar initiering och utbredning av mikrosprickor.
Värmebehandling har stor inverkan på utmattningshållfastheten hos bultmaterial. Under värmebehandlingsprocessen bör värmebehandlingsprocessen bestämmas enligt bultens prestanda. Genereringen av initiala utmattningssprickor orsakas av spänningskoncentrationen som orsakas av defekterna i bultmaterialets mikrostruktur. Värmebehandling är en metod för att optimera strukturen hos fästelement, vilket kan förbättra utmattningsprestandan hos bultmaterial i viss utsträckning och förbättra produkternas livslängd. På lång sikt kan det spara resurser och följa strategin för hållbar utveckling.
