Втомна міцністьвисокоміцні болтизавжди було важливим питанням. Дані показують, що більшість несправностей високоміцних болтів спричинені втомним пошкодженням, і ознак болтів під час втомного пошкодження майже немає, тому великі аварії, ймовірно, відбудуться, коли відбувається втомне пошкодження.
Отже, чи може термічна обробка покращити характеристики кріпильних матеріалів? Наскільки це може збільшити його втомну міцність? З огляду на зростаючі вимоги до використання високоміцних болтів, ще більш важливим є покращення втомної міцності матеріалів болтів шляхом термічної обробки.
1. Втомні тріщини матеріалу високоміцних болтів:
Місце, де спочатку починаються втомні тріщини, називається джерелом втоми. Джерело втоми дуже чутливе до мікроструктури болтів і може ініціювати втомні тріщини в дуже малому масштабі. Як правило, у межах від 3 до 5 розмірів зерна якість поверхні болта є основним джерелом втоми, і більша частина втоми починається з поверхні або підповерхні болта. Велика кількість дислокацій і деяких легуючих елементів або домішок у кристалі матеріалу болта, а також відмінності в міцності меж зерен, ці фактори можуть призвести до виникнення втомної тріщини. Дослідження показали, що втомні тріщини схильні до появи на границях зерен, поверхневих включень або частинок другої фази, а також порожнин, які пов’язані зі складною та мінливою мікроструктурою матеріалів. Якщо мікроструктуру можна покращити після термічної обробки, можна певною мірою покращити втомну міцність матеріалу болта.
2. Вплив термічної обробки на втомну міцність
При аналізі втомної міцностіболти, виявлено, що поліпшення статичної несучої здатності болтів можна досягти шляхом збільшення твердості, але підвищення міцності на втому не можна досягти шляхом збільшення твердості. Оскільки напруга надрізу болта спричинить велику концентрацію напруги, підвищення твердості зразка без концентрації напруги може покращити його втомну міцність. Твердість – це показник для вимірювання м’якості та твердості металевих матеріалів, і це здатність матеріалів протистояти вторгненню об’єктів, твердіших за нього. Рівень твердості також відображає міцність і пластичність металевих матеріалів. Концентрація напруги на поверхні болта зменшить його поверхневу міцність. Під час дії змінних динамічних навантажень процес мікродеформації та відновлення продовжуватиме відбуватися в частині виїмки з концентрацією напруги, і напруга, яку вона отримує, набагато більша, ніж у частині без концентрації напруги, тому її легко призводять до утворення втомних тріщин.
3. Вплив зневуглецювання на втомну міцність
Знеуглерожування поверхні болта знизить поверхневу твердість і зносостійкість болта після загартування, значно знизить втомну міцність болта. У стандарті GB/T3098.1 є випробування на зневуглецювання для продуктивності болта та вказана максимальна глибина зневуглецювання. Велика кількість літератури показує, що через неправильну термічну обробку знеуглерожування поверхні та якість поверхні болтів погіршуються, тим самим знижуючи їхню втомну міцність. При аналізі причини руйнування високоміцних болтів у вітрових турбінах 42CrMoA було виявлено, що в місці з’єднання головки та штока є шар знеуглерожування. Fe3C може реагувати з O2, H2O та H2 при високій температурі, що призводить до відновлення Fe3C всередині матеріалу болта, тим самим збільшуючи феритну фазу матеріалу болта, знижуючи міцність матеріалу болта та легко викликаючи мікротріщини. Контроль температури нагріву в процесі термічної обробки та використання контрольованої атмосфери для захисту від нагрівання може добре вирішити цю проблему.
Кріпильні деталі покращують мікроструктуру за допомогою термічної обробки та загартування та мають чудові комплексні механічні властивості, які можуть покращити втомну міцність матеріалів болтів, розумно контролювати розмір зерна для забезпечення низькотемпературної енергії удару, а також можуть отримати високу ударну в’язкість. Розумна термічна обробка очищає зерна та скорочує відстань між зернами, щоб запобігти виникненню втомних тріщин. Якщо всередині матеріалу є певна кількість вусів або вторинних частинок, ці додані фази можуть певною мірою запобігти ковзанню мешканців. Ковзання стрічки перешкоджає виникненню та поширенню мікротріщин.
Термічна обробка має великий вплив на втомну міцність матеріалів болтів. Під час процесу термічної обробки процес термічної обробки повинен визначатися відповідно до продуктивності болта. Генерація початкових втомних тріщин спричинена концентрацією напружень, спричиненою дефектами мікроструктури матеріалу болта. Термічна обробка - це метод оптимізації структури кріпильних виробів, який може певною мірою покращити втомні характеристики болтових матеріалів і збільшити термін служби виробів. У довгостроковій перспективі це може економити ресурси та відповідати стратегії сталого розвитку.
