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影響石家莊緊固件螺栓疲勞性能的主要因素

來源: - 發布時間:2018-10-20 10:19:15
影響石家莊緊固件螺栓疲勞性能的主要因素
影響螺栓疲勞性能的主要因素有以下幾點:

1、螺紋牙谷形狀和半徑尺寸的影響。

螺栓受力時,螺紋牙谷處就會產生應力集中,其值在很大程度上取決于牙谷的形狀。改變牙谷的形狀,如螺紋的牙谷槽越平滑,應力集中就越小,疲勞強度則越高。一般而言,平底牙谷的螺紋疲勞強度最低。如以圓形牙谷代替平底牙谷,螺栓的疲勞強度便可得到提高。如平底螺紋牙谷的彈性應力集中系數為2.54,而改進的圓弧牙谷為1.52,即后者的牙谷應力集中系數較前者降低40%,從而可以使疲勞強度至少提高20%;如經調質處理的40CrNiMo鋼制螺栓,螺紋為M6-1.0的平底牙谷時疲勞強度為95MPa,而采用最大半徑為0.1mm的圓弧形牙谷時,其疲勞強度可以提高到120MPa,即提高26%。日本新日鐵公司新開發的CD(critical design for fracture)螺栓的疲勞強度提高的幅度更大,高達100%,CD螺栓的主要特點是螺母內螺紋的牙峰高度逐漸降低,以使其受力更均勻。

2、螺紋表面粗糙度的影響。

螺紋的表面粗糙度對螺栓的疲勞壽命影響很大。如螺紋為M6-1.0的40CrNiMo鋼制螺栓,其粗糙度由0.08~0.16降低到0.63~1.35時,疲勞強度下降33%;螺紋為M12-1.5的螺栓,其表面粗糙度由0.08~0.16降低到0.16~0.32時,疲勞強度下降21%。

3、螺紋滾絲工序的影響。

滾壓螺紋會產生形變強化層和較高的殘余壓應力,對阻止疲勞裂紋的萌生和早起擴展起到很大的作用;同時,也會降低牙谷的表面粗糙度,因而有利于螺栓疲勞強度的提高。但是,如果滾壓螺紋后再進行熱處理,就會使上述有利因素消失。所以從改善螺栓疲勞性能的角度考慮,應在熱處理后滾壓螺紋。但此時存在另一個問題,即螺栓特別是高強度螺栓經過熱處理后其硬度通常較高,致使滾絲模具壽命降低。此外,如果滾絲的質量不夠好,在螺紋的表面或根部產生微裂紋或類似接觸疲勞的剝落現象,則改善螺栓疲勞性能的效果不明顯,甚至會降低疲勞性能。

4、鋼材冶金缺陷的影響。

原材料表面脫碳,通常是在軋制加熱過程中對坯料表面沒有有效的保護所致。如果脫碳層較淺而成品又要經過充分的切削加工,會使脫碳層去掉,從而消除這種脫碳的影響。然而,有些螺栓是在冷鐓或冷拔后不再進行切削加工,于是原材料的表面缺陷也就一直保留在成品零件的表面上。

螺栓表面的嚴重脫碳層是其上的一個薄弱區域,在冷鐓后的滾絲過程中,由于鋼材表面的變形量大,會把脫碳層大部分擠壓到螺紋的頂部區域中。這種脫碳層的強度、硬度均很低,故極易發生磨損和脫扣(絲扣被剪壞)失效,并且極易成為疲勞裂紋源,造成早期疲勞失效。

鋼中的夾雜物特別是粗大的硬脆夾雜物破壞了基體材料的連續性,在內外應力的作用下易在夾雜物與基體的界面處產生很高的應力集中,導致疲勞裂紋的早期萌生,顯著降低高強度螺栓的抗疲勞性能。

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