O ile wzrosła odporność zmęczeniowa śrub o dużej wytrzymałości po obróbce cieplnej?

Wytrzymałość zmęczeniowa śrub okuć o dużej wytrzymałości zawsze budziła obawy. Dane pokazują, że większość uszkodzeń śrub o wysokiej wytrzymałości jest spowodowana uszkodzeniami zmęczeniowymi, a prawie nie ma oznak uszkodzeń zmęczeniowych śrub, zatem w przypadku wystąpienia uszkodzeń zmęczeniowych prawdopodobne jest wystąpienie poważnych wypadków.

Czy zatem obróbka cieplna może poprawić wydajność materiałów złącznych? O ile zwiększa swoją wytrzymałość zmęczeniową? W świetle rosnących wymagań dotyczących stosowania śrub o dużej wytrzymałości, ważniejsze jest poprawienie wytrzymałości zmęczeniowej materiałów śrub poprzez obróbkę cieplną.

1. Pęknięcia zmęczeniowe materiału śrub o dużej wytrzymałości:

Miejsce, w którym zaczyna się pęknięcie zmęczeniowe, nazywa się źródłem zmęczenia. Źródło zmęczenia jest bardzo wrażliwe na mikrostrukturę śrub, a pęknięcia zmęczeniowe mogą być wywołane w bardzo małej skali. Ogólnie rzecz biorąc, w zakresie od 3 do 5 wielkości ziaren, jakość powierzchni śruby jest głównym źródłem zmęczenia, a większość zmęczenia zaczyna się na powierzchni śruby lub pod jej powierzchnią. Duża liczba dyslokacji, obecność niektórych pierwiastków stopowych lub zanieczyszczeń w krysztale materiału śruby oraz różnica wytrzymałości na granicach ziaren mogą prowadzić do inicjacji pęknięć zmęczeniowych. Badania wykazały, że pęknięcia zmęczeniowe są podatne na występowanie w następujących lokalizacjach: na granicach ziaren, wtrąceniach powierzchniowych lub cząstkach drugiej fazy oraz wnękach. Wszystkie te lokalizacje są związane ze złożoną i zmienną mikrostrukturą materiału. Jeśli mikrostrukturę można poprawić po obróbce cieplnej, można w pewnym stopniu poprawić wytrzymałość zmęczeniową materiału śruby.

2. Wpływ obróbki cieplnej na wytrzymałość zmęczeniową (Poradnik: Jakie są ogólne parametry śrub kulowych)

Analizując wytrzymałość zmęczeniową śrub stwierdzono, że poprawę nośności statycznej śrub można osiągnąć poprzez zwiększenie twardości, natomiast poprawy wytrzymałości zmęczeniowej nie można osiągnąć poprzez zwiększenie twardości. Ponieważ naprężenie karbowe śruby spowoduje większą koncentrację naprężeń, zwiększenie twardości próbki bez koncentracji naprężeń może poprawić jej wytrzymałość zmęczeniową. Twardość jest wskaźnikiem mierzącym stopień twardości materiału metalowego. Jest to zdolność materiału do przeciwstawiania się wtargnięciu obiektów trudniejszych od niego. Poziom twardości odzwierciedla również wytrzymałość i plastyczność materiału metalowego. Koncentracja naprężeń na powierzchni śruby zmniejszy jej wytrzymałość powierzchniową. Poddawany zmiennym obciążeniom dynamicznym proces mikrodeformacji i powrotu do zdrowia będzie nadal zachodził w części karbu, w której występuje koncentracja naprężeń, a naprężenia, jakie otrzymuje, są znacznie większe niż w części bez koncentracji naprężeń, co łatwo doprowadzić do powstawanie pęknięć zmęczeniowych.

3. Wpływ odwęglania na wytrzymałość zmęczeniową

Odwęglenie powierzchni śruby zmniejszy twardość powierzchni i odporność śruby na zużycie po hartowaniu oraz znacznie zmniejszy wytrzymałość zmęczeniową śruby. W normie GB/T3098.1 znajduje się test odwęglenia wydajności śruby i określona jest maksymalna głębokość odwęglenia. Z dużej ilości literatury wynika, że ​​na skutek niewłaściwej obróbki cieplnej powierzchnia śruby ulega odwęgleniu i pogorszeniu jakości powierzchni, a tym samym obniżeniu jej wytrzymałości zmęczeniowej. Analizując przyczyny uszkodzeń śrub o dużej wytrzymałości turbiny wiatrowej 42CrMoA stwierdzono, że na styku głowicy i pręta występowała warstwa odwęglenia. Fe3C może reagować z O2, H2O i H2 w wysokiej temperaturze, redukując Fe3C wewnątrz materiału śruby, zwiększając w ten sposób fazę ferrytową w materiale śruby, zmniejszając wytrzymałość materiału śruby i łatwo powodując mikropęknięcia. W procesie obróbki cieplnej temperatura ogrzewania musi być dobrze kontrolowana, a jednocześnie aby rozwiązać ten problem, należy zastosować ogrzewanie chroniące atmosferę kontrolowaną.

Elementy złączne poprawiają mikrostrukturę poprzez obróbkę cieplną i odpuszczanie oraz mają doskonałe wszechstronne właściwości mechaniczne, które mogą poprawić wytrzymałość zmęczeniową materiału śruby, rozsądnie kontrolować wielkość ziaren, aby zapewnić energię uderzenia w niskiej temperaturze, a także uzyskać wyższą udarność. Rozsądna obróbka cieplna w celu rozdrobnienia ziaren i skrócenia odległości między granicami ziaren może zapobiec występowaniu pęknięć zmęczeniowych. Jeśli wewnątrz materiału znajduje się pewna ilość wąsów lub drugich cząstek, te dodane fazy mogą w pewnym stopniu zapobiegać poślizgowi stałemu. Poślizg paska zapobiega powstawaniu i rozszerzaniu się mikropęknięć.

Obróbka cieplna ma ogromny wpływ na wytrzymałość zmęczeniową materiałów śrub. Podczas procesu obróbki cieplnej należy określić proces obróbki cieplnej zgodnie z właściwościami śruby. Początkowe pęknięcia zmęczeniowe są spowodowane koncentracją naprężeń wywołaną defektami mikrostruktury materiału śruby. Obróbka cieplna to metoda optymalizacji organizacji elementów złącznych, która może w pewnym stopniu poprawić wytrzymałość zmęczeniową materiałów śrub i wydłużyć żywotność produktu. W dłuższej perspektywie może oszczędzać zasoby i wpisywać się w strategię zrównoważonego rozwoju.

Więcej powiązanych wiadomości z branży sprzętu komputerowego w Shenzhen: