Únavová silavysokopevnostné skrutkybola vždy dôležitá otázka. Údaje ukazujú, že väčšina porúch vysokopevnostných skrutiek je spôsobená únavovým poškodením a neexistujú takmer žiadne známky poškodenia únavou skrutiek, takže pri výskyte únavového poškodenia pravdepodobne dôjde k veľkým nehodám.
Môže teda tepelné spracovanie zlepšiť výkon spojovacích materiálov? Ako veľmi môže zvýšiť svoju únavovú silu? Vzhľadom na rastúce požiadavky na použitie vysokopevnostných skrutiek je ešte dôležitejšie zlepšiť únavovú pevnosť materiálov skrutiek tepelným spracovaním.
1. Materiálové únavové trhliny vysokej pevnostiskrutky:
Miesto, kde vznikajú únavové trhliny, sa nazýva zdroj únavy. Zdroj únavy je veľmi citlivý na mikroštruktúru skrutiek a môže vyvolať únavové trhliny vo veľmi malom rozsahu. Vo všeobecnosti v rozmedzí 3 až 5 veľkostí zŕn je kvalita povrchu skrutky hlavným zdrojom únavy a väčšina únavy začína od povrchu alebo podpovrchu skrutky. Veľký počet dislokácií a niektoré legujúce prvky alebo nečistoty v kryštále materiálu skrutky a rozdiely v pevnosti na hranici zŕn, tieto faktory môžu viesť k iniciácii únavových trhlín. Štúdie ukázali, že únavové trhliny sa môžu vyskytovať na hraniciach zŕn, povrchových inklúziách alebo časticiach druhej fázy a dutinách, z ktorých všetky súvisia so zložitou a premenlivou mikroštruktúrou materiálov. Ak je možné zlepšiť mikroštruktúru po tepelnom spracovaní, možno do určitej miery zlepšiť únavovú pevnosť materiálu skrutky.
2. Vplyv tepelného spracovania na únavovú pevnosť
Pri analýze únavovej pevnosti skrutiek sa zistilo, že zlepšenie statickej únosnosti skrutiek možno dosiahnuť zvýšením tvrdosti, ale zlepšenie únavovej pevnosti nemožno dosiahnuť zvýšením tvrdosti. Pretože vrubové napätie skrutky spôsobí veľkú koncentráciu napätia, zvýšenie tvrdosti vzorky bez koncentrácie napätia môže zlepšiť jej únavovú pevnosť. Tvrdosť je index na meranie mäkkosti a tvrdosti kovových materiálov a je to schopnosť materiálov odolávať vniknutiu tvrdších predmetov. Úroveň tvrdosti tiež odráža pevnosť a plasticitu kovových materiálov. Koncentrácia napätia na povrchu skrutky zníži jej povrchovú pevnosť. Keď je vystavený striedavým dynamickým zaťaženiam, proces mikrodeformácie a obnovy bude naďalej prebiehať v časti vrubu s koncentráciou napätia a napätie, ktoré dostáva, je oveľa väčšie ako v časti bez koncentrácie napätia, takže je ľahké viesť k tvorbe únavových trhlín.
3. Vplyv oduhličenia na únavovú pevnosť
Dekarbonizácia povrchu skrutky zníži povrchovú tvrdosť a odolnosť skrutky proti opotrebovaniu po kalení a výrazne zníži únavovú pevnosť skrutky. V norme GB/T3098.1 existuje test oduhličenia na výkon skrutiek a je špecifikovaná maximálna hĺbka oduhličenia. Veľké množstvo literatúry uvádza, že v dôsledku nesprávneho tepelného spracovania dochádza k oduhličeniu povrchu skrutky a zníženiu kvality povrchu, čím sa zníži jej únavová pevnosť. Pri analýze príčiny lomového zlyhania vysokopevnostných skrutiek vo veterných turbínach 42CrMoA sa zistilo, že v mieste spojenia hlavy a tyče bola oduhličená vrstva. Fe3C môže reagovať s O2, H2O a H2 pri vysokej teplote, čo vedie k redukcii Fe3C vo vnútri materiálu skrutky, čím sa zvyšuje feritová fáza materiálu skrutky, znižuje sa pevnosť materiálu skrutky a ľahko sa spôsobujú mikrotrhliny. Riadenie teploty ohrevu v procese tepelného spracovania a používanie riadenej atmosféry na ochranu ohrevu môže tento problém dobre vyriešiť.
Upevňovacie prvky zlepšujú mikroštruktúru tepelným spracovaním a temperovaním a majú vynikajúce komplexné mechanické vlastnosti, ktoré môžu zlepšiť únavovú pevnosť materiálov skrutiek, primerane kontrolovať veľkosť zŕn, aby sa zabezpečila energia nárazu pri nízkej teplote, a môžu tiež získať vysokú rázovú húževnatosť. Primerané tepelné spracovanie zjemňuje zrná a skracuje vzdialenosť medzi zrnami, aby sa zabránilo vzniku únavových trhlín. Ak je vo vnútri materiálu určité množstvo fúzov alebo druhých častíc, tieto pridané fázy môžu do určitej miery zabrániť skĺznutiu obyvateľov. Kĺzanie pásu zabraňuje iniciácii a šíreniu mikrotrhlín.
Tepelné spracovanie má veľký vplyv na únavovú pevnosť materiálov skrutiek. Počas procesu tepelného spracovania by mal byť proces tepelného spracovania určený podľa výkonu skrutky. Vznik počiatočných únavových trhlín je spôsobený koncentráciou napätia spôsobenou defektmi v mikroštruktúre materiálu svorníka. Tepelné spracovanie je metóda na optimalizáciu štruktúry spojovacích prvkov, ktorá môže do určitej miery zlepšiť únavové vlastnosti materiálov skrutiek a zlepšiť životnosť výrobkov. Z dlhodobého hľadiska môže šetriť zdroje a prispôsobiť sa stratégii trvalo udržateľného rozvoja.
