Welche Auswirkung hat eine Wärmebehandlung auf die Verbesserung der Dauerfestigkeit von Schrauben?

Die Dauerfestigkeit vonSchraubenwar schon immer ein Thema, das Anlass zur Sorge gab. Daten zeigen, dass die meisten Bolzenausfälle durch Ermüdungsschäden verursacht werden und es fast keine Anzeichen von Ermüdungsschäden gibt, sodass es bei Auftreten von Ermüdungsschäden leicht zu schweren Unfällen kommen kann. Eine Wärmebehandlung kann die Leistung von Befestigungsmaterialien optimieren und ihre Ermüdungsfestigkeit verbessern. Angesichts der immer höheren Einsatzanforderungen hochfester Schrauben ist es umso wichtiger, die Dauerfestigkeit von Schraubenmaterialien durch Wärmebehandlung zu verbessern.

Die Wirkung der Wärmebehandlung auf die Verbesserung der Dauerfestigkeit von Schrauben.

Die Entstehung von Ermüdungsrissen in Materialien.

Der Ort, an dem Ermüdungsrisse entstehen, wird als Ermüdungsquelle bezeichnet. Die Ermüdungsquelle reagiert sehr empfindlich auf die Mikrostruktur der Schraube und kann Ermüdungsrisse in sehr kleinem Maßstab auslösen, im Allgemeinen innerhalb von 3 bis 5 Korngrößen. Das Problem der Oberflächenqualität des Bolzens ist die Hauptursache für Ermüdung, und die meiste Ermüdung beginnt an der Oberfläche oder im Untergrund des Bolzens. Eine große Anzahl von Versetzungen und einige Legierungselemente oder Verunreinigungen im Kristall des Schraubenmaterials sowie Unterschiede in der Korngrenzenfestigkeit sind Faktoren, die zur Entstehung von Ermüdungsrissen führen können. 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.

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. Die Norm GB/T3098.1 enthält einen Entkohlungstest für die Schraubenleistung und legt die maximale Entkohlungsschichttiefe fest. Zahlreiche Fachliteratur zeigt, dass durch unsachgemäße Wärmebehandlung die Bolzenoberfläche entkohlt wird und die Oberflächenqualität abnimmt, wodurch die Ermüdungsfestigkeit abnimmt. Bei der Analyse der Ursache des Bruchversagens des hochfesten Bolzens der 42CrMoA-Windkraftanlage wurde festgestellt, dass die Entkohlungsschicht an der Verbindung von Kopf und Stab vorhanden war. Fe3C kann bei hohen Temperaturen mit O2, H2O und H2 reagieren, was zu einer Reduzierung von Fe3C im Schraubenmaterial führt, wodurch die Ferritphase des Schraubenmaterials zunimmt, die Festigkeit des Schraubenmaterials verringert wird und leicht Mikrorisse entstehen. Durch die Steuerung der Heiztemperatur während des Wärmebehandlungsprozesses und die Einführung einer Schutzheizung mit kontrollierter Atmosphäre kann dieses Problem gut gelöst werden.

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, während eine Verbesserung der Dauerfestigkeit nicht durch eine Erhöhung der Härte erreicht werden kann. Da die Kerbspannung von Schrauben zu einer größeren Spannungskonzentration führt, kann eine Erhöhung der Härte von Proben ohne Spannungskonzentration deren Ermüdungsfestigkeit verbessern.

Die Härte ist ein Indikator für die Härte von Metallmaterialien und ist die Fähigkeit von Materialien, dem Druck härterer Objekte zu widerstehen. Die Härte spiegelt auch die Festigkeit und Plastizität von Metallwerkstoffen wider. Spannungskonzentrationen auf der Oberfläche der Schrauben verringern deren Oberflächenfestigkeit. Bei wechselnden dynamischen Belastungen treten an der Kerbspannungskonzentrationsstelle weiterhin Mikroverformungs- und Erholungsprozesse auf, wobei die Belastung deutlich höher ist als an der Stelle ohne Spannungskonzentration, was leicht zu Ermüdungsrissen führen kann .

Verbindungselemente verbessern ihre Mikrostruktur durch Wärmebehandlung und Anlassen und weisen hervorragende umfassende mechanische Eigenschaften auf. Sie können die Ermüdungsfestigkeit von Schraubenmaterialien verbessern, die Korngröße angemessen steuern, um Schlagarbeit bei niedrigen Temperaturen sicherzustellen, und auch eine höhere Schlagzähigkeit erzielen. Eine angemessene Wärmebehandlung kann die Körner verfeinern und den Abstand zwischen den Korngrenzen verkürzen, um Ermüdungsrissen vorzubeugen. Wenn sich im Inneren des Materials eine bestimmte Menge an Whiskern oder Partikeln der zweiten Phase befindet, können diese hinzugefügten Phasen das Gleiten des zurückgehaltenen Gleitbandes bis zu einem gewissen Grad verhindern und so die Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen verhindern.

Abschluss

Ermüdungsrisse beginnen immer am schwächsten Glied im Material.Schraubensind anfällig für Risse aufgrund von Oberflächen- oder Untergrundfehlern. Zurückgehaltene Gleitbänder, Korngrenzen, Oberflächeneinschlüsse oder Partikel der zweiten Phase sowie Hohlräume können im Inneren des Materials auftreten, da diese Stellen anfällig für Spannungskonzentrationen sind.

Die Wärmebehandlung hat großen Einfluss auf die Dauerfestigkeit von Schraubenwerkstoffen. Während des Wärmebehandlungsprozesses sollte der Wärmebehandlungsprozess speziell entsprechend der Schraubenleistung bestimmt werden. Der anfängliche Ermüdungsriss wird durch Spannungskonzentration verursacht, die durch mikroskopische Strukturfehler des Schraubenmaterials verursacht wird. Die Wärmebehandlung ist eine Methode zur Optimierung der Verbindungselementstruktur, die die Ermüdungsleistung des Schraubenmaterials bis zu einem gewissen Grad verbessern und die Lebensdauer des Produkts verlängern kann. Auf lange Sicht können dadurch Ressourcen gespart und der Strategie der nachhaltigen Entwicklung Rechnung getragen werden