Um wie viel erhöht sich die Ermüdungsfestigkeit hochfester Schrauben nach der Wärmebehandlung?

Die Ermüdungsfestigkeit hochfester Hardware-Schrauben war schon immer ein Problem. Daten zeigen, dass die meisten Ausfälle hochfester Schrauben durch Ermüdungsversagen verursacht werden und es fast keine Anzeichen eines Ermüdungsversagens der Schrauben gibt, sodass es bei Ermüdungsversagen wahrscheinlich zu schweren Unfällen kommt.

Kann eine Wärmebehandlung also die Leistung von Verbindungsmaterialien verbessern? Um wie viel erhöht es die Dauerfestigkeit? Angesichts der steigenden Einsatzanforderungen hochfester Schrauben wird es immer wichtiger, die Dauerfestigkeit von Schraubenmaterialien durch Wärmebehandlung zu verbessern.

1. Materialermüdungsrisse hochfester Schrauben:

Der Ort, an dem der Ermüdungsriss zum ersten Mal entsteht, wird als Ermüdungsquelle bezeichnet. Die Ermüdungsquelle reagiert sehr empfindlich auf die Mikrostruktur der Schrauben und Ermüdungsrisse können in sehr kleinem Maßstab induziert werden. Im Allgemeinen innerhalb von 3 bis 5 Korngrößen ist die Oberflächenqualität der Schraube die Hauptursache für Ermüdung, und die meiste Ermüdung beginnt an der Schraubenoberfläche oder darunter. Eine große Anzahl von Versetzungen, einige Legierungselemente oder Verunreinigungen im Kristall des Bolzenmaterials und die unterschiedliche Korngrenzenfestigkeit können zur Entstehung von Ermüdungsrissen führen. Studien haben gezeigt, dass Ermüdungsrisse an folgenden Stellen auftreten können: Korngrenzen, Oberflächeneinschlüsse oder Zweitphasenpartikel sowie Hohlräume. Diese Stellen hängen alle mit der komplexen und veränderlichen Mikrostruktur des Materials zusammen. Wenn die Mikrostruktur nach der Wärmebehandlung verbessert werden kann, kann die Dauerfestigkeit des Schraubenmaterials bis zu einem gewissen Grad verbessert werden.

2. Der Einfluss der Wärmebehandlung auf die Dauerfestigkeit (Ratgeber: Was sind die Parameter von Kugelumlaufspindeln im Allgemeinen)

Bei der Analyse der Ermüdungsfestigkeit von Schrauben wurde festgestellt, dass eine Verbesserung der statischen Belastbarkeit von Schrauben durch eine Erhöhung der Härte erreicht werden kann, während eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit nicht durch eine Erhöhung der Härte erreicht werden kann. Da die Kerbspannung der Schraube eine größere Spannungskonzentration verursacht, kann eine Erhöhung der Härte der Probe ohne Spannungskonzentration ihre Ermüdungsfestigkeit verbessern. Die Härte ist ein Index zur Messung des Härtegrades eines Metallmaterials. Es ist die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen von Gegenständen zu widerstehen, die härter sind als es. Der Härtegrad spiegelt auch die Festigkeit und Plastizität des Metallmaterials 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 im Teil ohne Spannungskonzentration, was leicht dazu führen kann Entstehung von Ermüdungsrissen.

3. Der Einfluss 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 Bolzenleistung und die maximale Entkohlungstiefe ist angegeben. Zahlreiche Fachliteratur zeigt, dass durch unsachgemäße Wärmebehandlung die Oberfläche des Bolzens entkohlt wird und die Oberflächenqualität abnimmt, wodurch die Ermüdungsfestigkeit abnimmt. Bei der Analyse der Gründe für das Versagen der hochfesten Bolzen der 42CrMoA-Windkraftanlage wurde festgestellt, dass sich an der Verbindung von Kopf und Stab eine entkohlte Schicht befand. Fe3C kann bei hoher Temperatur mit O2, H2O und H2 reagieren, um das Fe3C im Schraubenmaterial zu reduzieren, wodurch die Ferritphase des Schraubenmaterials erhöht, die Festigkeit des Schraubenmaterials verringert und leicht Mikrorisse verursacht werden. Im Wärmebehandlungsprozess muss die Heiztemperatur gut kontrolliert werden und gleichzeitig muss zur Lösung dieses Problems eine kontrollierte Atmosphärenschutzheizung eingesetzt werden.

Verbindungselemente verbessern die Mikrostruktur durch Wärmebehandlung und Anlassen und verfügen über hervorragende umfassende mechanische Eigenschaften, die die Ermüdungsfestigkeit des Schraubenmaterials verbessern, die Korngröße angemessen steuern können, um Schlagenergie bei niedriger Temperatur sicherzustellen und auch eine höhere Schlagzähigkeit zu erzielen. Eine angemessene Wärmebehandlung zur Verfeinerung der Körner und zur Verkürzung des Abstands zwischen den Korngrenzen kann das Auftreten von Ermüdungsrissen verhindern. Wenn sich im Inneren des Materials eine gewisse 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 den Schraubeneigenschaften bestimmt werden. Die anfänglichen Ermüdungsrisse werden durch die Spannungskonzentration verursacht, die durch Mikrostrukturfehler des Schraubenmaterials verursacht wird. Die Wärmebehandlung ist eine Methode zur Optimierung der Organisation von Verbindungselementen, die die Ermüdungsleistung von Schraubenmaterialien bis zu einem gewissen Grad verbessern und die Lebensdauer des Produkts verlängern kann. Langfristig kann es Ressourcen sparen und der Strategie einer nachhaltigen Entwicklung entsprechen.

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