Η δύναμη κόπωσης τουμπουλόνια υψηλής αντοχήςήταν πάντα ένα σημαντικό ζήτημα. Τα δεδομένα δείχνουν ότι το μεγαλύτερο μέρος της αστοχίας των μπουλονιών υψηλής αντοχής προκαλείται από ζημιά κόπωσης και δεν υπάρχουν σχεδόν σημάδια ζημιάς από κόπωση των μπουλονιών, επομένως είναι πιθανό να συμβούν μεγάλα ατυχήματα όταν προκύψει ζημιά από κόπωση.
Λοιπόν, μπορεί η θερμική επεξεργασία να βελτιώσει την απόδοση των υλικών συνδετήρων; Πόσο μπορεί να αυξήσει την αντοχή του στην κόπωση; Λόγω των αυξανόμενων απαιτήσεων χρήσης των μπουλονιών υψηλής αντοχής, είναι ακόμη πιο σημαντικό να βελτιωθεί η αντοχή σε κόπωση των υλικών των μπουλονιών μέσω θερμικής επεξεργασίας.
1. Υλικές ρωγμές κόπωσης υψηλής αντοχήςμπουλόνια:
Το μέρος από το οποίο ξεκινούν για πρώτη φορά οι ρωγμές της κόπωσης ονομάζεται πηγή κόπωσης. Η πηγή κόπωσης είναι πολύ ευαίσθητη στη μικροδομή των μπουλονιών και μπορεί να προκαλέσει ρωγμές κόπωσης σε πολύ μικρή κλίμακα. Γενικά εντός 3 έως 5 μεγεθών κόκκων, η ποιότητα της επιφάνειας του μπουλονιού είναι η κύρια πηγή κόπωσης και το μεγαλύτερο μέρος της κόπωσης ξεκινά από την επιφάνεια ή την υπόγεια επιφάνεια του μπουλονιού. Ένας μεγάλος αριθμός εξαρθρώσεων και ορισμένων στοιχείων κράματος ή ακαθαρσιών στον κρύσταλλο του υλικού μπουλονιού και διαφορές στην οριακή αντοχή των κόκκων, αυτοί οι παράγοντες μπορεί να οδηγήσουν σε έναρξη ρωγμών κόπωσης. Μελέτες έχουν δείξει ότι οι ρωγμές κόπωσης είναι επιρρεπείς να εμφανιστούν στα όρια των κόκκων, στα επιφανειακά εγκλείσματα ή στα σωματίδια δεύτερης φάσης και στις κοιλότητες, τα οποία σχετίζονται με τη σύνθετη και μεταβλητή μικροδομή των υλικών. Εάν η μικροδομή μπορεί να βελτιωθεί μετά από θερμική επεξεργασία, η αντοχή σε κόπωση του υλικού του μπουλονιού μπορεί να βελτιωθεί σε κάποιο βαθμό.
2. Επίδραση της θερμικής επεξεργασίας στη δύναμη κόπωσης
Κατά την ανάλυση της αντοχής σε κόπωση των μπουλονιών, διαπιστώθηκε ότι η βελτίωση της ικανότητας στατικού φορτίου των μπουλονιών μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας τη σκληρότητα, αλλά η βελτίωση της αντοχής σε κόπωση δεν μπορεί να επιτευχθεί με την αύξηση της σκληρότητας. Επειδή η τάση εγκοπής του μπουλονιού θα προκαλέσει μεγάλη συγκέντρωση τάσης, η αύξηση της σκληρότητας του δείγματος χωρίς συγκέντρωση τάσης μπορεί να βελτιώσει την αντοχή του σε κόπωση. Η σκληρότητα είναι ένας δείκτης για τη μέτρηση της απαλότητας και της σκληρότητας των μεταλλικών υλικών και είναι η ικανότητα των υλικών να αντιστέκονται στην εισβολή αντικειμένων πιο σκληρών από αυτήν. Το επίπεδο σκληρότητας αντανακλά επίσης την αντοχή και την πλαστικότητα των μεταλλικών υλικών. Η συγκέντρωση τάσης στην επιφάνεια του μπουλονιού θα μειώσει την επιφανειακή του αντοχή. Όταν υποβάλλεται σε εναλλασσόμενα δυναμικά φορτία, η διαδικασία μικροπαραμόρφωσης και ανάκτησης θα συνεχίσει να συμβαίνει στο τμήμα συγκέντρωσης τάσης της εγκοπής και η τάση που δέχεται είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του τμήματος χωρίς συγκέντρωση τάσης, επομένως είναι εύκολο να οδηγούν στο σχηματισμό ρωγμών κόπωσης.
3. Επίδραση της απανθράκωσης στη δύναμη κόπωσης
Η αποξήρανση της επιφάνειας του μπουλονιού θα μειώσει τη σκληρότητα της επιφάνειας και την αντίσταση στη φθορά του μπουλονιού μετά το σβήσιμο και θα μειώσει σημαντικά την αντοχή του μπουλονιού σε κόπωση. Στο πρότυπο GB/T3098.1, υπάρχει μια δοκιμή απανθράκωσης για την απόδοση του μπουλονιού και καθορίζεται το μέγιστο βάθος απανθράκωσης. Ένας μεγάλος αριθμός βιβλιογραφίας δείχνει ότι λόγω ακατάλληλης θερμικής επεξεργασίας, η επιφάνεια του μπουλονιού αποανθρακώνεται και η ποιότητα της επιφάνειας μειώνεται, μειώνοντας έτσι την αντοχή της σε κόπωση. Κατά την ανάλυση της αιτίας της αστοχίας θραύσης των μπουλονιών υψηλής αντοχής σε ανεμογεννήτριες 42CrMoA, διαπιστώθηκε ότι υπήρχε ένα στρώμα απανθράκωσης στη διασταύρωση της κεφαλής και της ράβδου. Το Fe3C μπορεί να αντιδράσει με O2, H2O και H2 σε υψηλή θερμοκρασία, με αποτέλεσμα τη μείωση του Fe3C μέσα στο υλικό του μπουλονιού, αυξάνοντας έτσι τη φάση φερρίτη του υλικού του μπουλονιού, μειώνοντας την αντοχή του υλικού του μπουλονιού και προκαλώντας εύκολα μικρορωγμές. Ο έλεγχος της θερμοκρασίας θέρμανσης στη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας και η χρήση ελεγχόμενης ατμόσφαιρας για την προστασία της θέρμανσης μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα καλά.
Οι συνδετήρες βελτιώνουν τη μικροδομή μέσω θερμικής επεξεργασίας και σκλήρυνσης και έχουν εξαιρετικές περιεκτικές μηχανικές ιδιότητες, οι οποίες μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή σε κόπωση των υλικών μπουλονιών, να ελέγξουν λογικά το μέγεθος κόκκων για να εξασφαλίσουν ενέργεια κρούσης χαμηλής θερμοκρασίας και μπορούν επίσης να αποκτήσουν υψηλή αντοχή σε κρούση. Η λογική θερμική επεξεργασία εξευγενίζει τους κόκκους και μειώνει την οριακή απόσταση των κόκκων για να αποτρέψει την εμφάνιση ρωγμών κόπωσης. Εάν υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα μουστάκια ή δεύτερα σωματίδια μέσα στο υλικό, αυτές οι προστιθέμενες φάσεις μπορούν να αποτρέψουν την ολίσθηση των κατοικιών σε κάποιο βαθμό. Η ολίσθηση του ιμάντα εμποδίζει την έναρξη και τη διάδοση μικρορωγμών.
Η θερμική επεξεργασία έχει μεγάλη επίδραση στην αντοχή σε κόπωση των υλικών μπουλονιών. Κατά τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας, η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας πρέπει να προσδιορίζεται σύμφωνα με την απόδοση του μπουλονιού. Η δημιουργία αρχικών ρωγμών κόπωσης προκαλείται από τη συγκέντρωση τάσεων που προκαλείται από τα ελαττώματα στη μικροδομή του υλικού του μπουλονιού. Η θερμική επεξεργασία είναι μια μέθοδος βελτιστοποίησης της δομής των συνδετήρων, η οποία μπορεί να βελτιώσει την απόδοση κόπωσης των υλικών μπουλονιών σε κάποιο βαθμό και να βελτιώσει τη διάρκεια ζωής των προϊόντων. Μακροπρόθεσμα, μπορεί να εξοικονομήσει πόρους και να συμμορφωθεί με τη στρατηγική της βιώσιμης ανάπτυξης.
