Jaki jest wpływ obróbki cieplnej na poprawę wytrzymałości zmęczeniowej śrub?

Wytrzymałość zmęczeniowaśrubyzawsze budziło obawy. Dane pokazują, że większość uszkodzeń śrub jest spowodowana uszkodzeniami zmęczeniowymi i prawie nie ma oznak uszkodzeń zmęczeniowych, zatem w przypadku wystąpienia uszkodzeń zmęczeniowych łatwo mogą wystąpić poważne wypadki. Obróbka cieplna może zoptymalizować działanie materiałów złącznych i poprawić ich wytrzymałość zmęczeniową. Ze względu na coraz wyższe wymagania użytkowe śrub o dużej wytrzymałości, jeszcze ważniejsze jest poprawienie wytrzymałości zmęczeniowej materiałów śrub poprzez obróbkę cieplną.

Wpływ obróbki cieplnej na poprawę wytrzymałości zmęczeniowej śrub.

Inicjowanie pęknięć zmęczeniowych materiałów.

Miejsce, w którym pojawiają się pierwsze pęknięcia zmęczeniowe, nazywane jest źródłem zmęczenia. Źródło zmęczenia jest bardzo wrażliwe na mikrostrukturę śruby i może inicjować pęknięcia zmęczeniowe na bardzo małą skalę, zwykle w zakresie od 3 do 5 wielkości ziaren. Problemy z jakością powierzchni śruby są głównym źródłem zmęczenia, a większość zmęczenia zaczyna się od powierzchni lub podpowierzchni śruby. Duża liczba dyslokacji oraz obecność niektórych pierwiastków stopowych lub zanieczyszczeń w krysztale materiału śruby, a także różnice w wytrzymałości granic ziaren to czynniki, które mogą prowadzić do inicjowania pęknięć zmęczeniowych. Badania wykazały, że pęknięcia zmęczeniowe są podatne na występowanie w następujących miejscach: granice ziaren, wtrącenia powierzchniowe lub cząstki drugiej fazy oraz puste przestrzenie. Wszystkie te lokalizacje są związane ze złożoną i zmienną mikrostrukturą materiału. Jeżeli mikrostrukturę można poprawić po obróbce cieplnej, można w pewnym stopniu poprawić wytrzymałość zmęczeniową materiału śruby.

Wpływ odwęglenia na wytrzymałość zmęczeniową.

Odwęglenie powierzchni śruby zmniejszy twardość powierzchni i odporność śruby na zużycie po hartowaniu oraz znacznie zmniejszy wytrzymałość zmęczeniową śruby. Norma GB/T3098.1 zawiera test odwęglenia pod kątem wydajności śruby i określa maksymalną głębokość warstwy odwęglenia. Z dużej ilości literatury wynika, że ​​na skutek nieprawidłowej obróbki cieplnej powierzchnia śruby ulega odwęgleniu i pogorszeniu jakości powierzchni, a tym samym obniżeniu jej wytrzymałości zmęczeniowej. Analizując przyczynę uszkodzenia śruby wysokowytrzymałej turbiny wiatrowej 42CrMoA stwierdzono, że na styku głowicy i pręta występowała warstwa odwęglenia. Fe3C może reagować z O2, H2O i H2 w wysokich temperaturach, powodując redukcję Fe3C wewnątrz materiału śruby, zwiększając w ten sposób fazę ferrytową w materiale śruby, zmniejszając wytrzymałość materiału śruby i łatwo powodując mikropęknięcia. Kontrolowanie temperatury ogrzewania podczas procesu obróbki cieplnej i przyjęcie ogrzewania chroniącego atmosferę kontrolowaną może dobrze rozwiązać ten problem.

Wpływ obróbki cieplnej na wytrzymałość zmęczeniową.

Analizując wytrzymałość zmęczeniowąśrubystwierdzono, że poprawę nośności statycznej śrub można osiągnąć poprzez zwiększenie twardości, natomiast poprawy wytrzymałości zmęczeniowej nie można osiągnąć poprzez zwiększenie twardości. Ponieważ naprężenie karbowe śrub spowoduje większą koncentrację naprężeń, zwiększenie twardości próbek bez koncentracji naprężeń może poprawić ich wytrzymałość zmęczeniową.

Twardość jest wskaźnikiem twardości materiałów metalowych i jest zdolnością materiałów do wytrzymywania nacisku twardszych przedmiotów. Twardość odzwierciedla również wytrzymałość i plastyczność materiałów metalowych. Koncentracja naprężeń na powierzchni śrub spowoduje zmniejszenie ich wytrzymałości powierzchniowej. Pod wpływem przemiennych obciążeń dynamicznych w miejscu koncentracji naprężeń karbowych w dalszym ciągu będą zachodzić procesy mikroodkształcenia i powrotu do zdrowia, a naprężenia, którym jest ono poddawane, są znacznie większe niż w miejscu bez koncentracji naprężeń, co może łatwo doprowadzić do pęknięć zmęczeniowych .

Elementy złączne poprawiają swoją mikrostrukturę poprzez obróbkę cieplną i odpuszczanie oraz mają doskonałe wszechstronne właściwości mechaniczne. Mogą poprawić wytrzymałość zmęczeniową materiałów śrub, rozsądnie kontrolować wielkość ziaren, aby zapewnić pracę udarową w niskiej temperaturze, a także uzyskać wyższą udarność. Rozsądna obróbka cieplna może udoskonalić ziarna i skrócić odległość między granicami ziaren, aby zapobiec pęknięciom zmęczeniowym. Jeśli wewnątrz materiału znajduje się pewna ilość wąsów lub cząstek drugiej fazy, te dodane fazy mogą w pewnym stopniu zapobiegać poślizgowi utrzymywanej taśmy ślizgowej, zapobiegając w ten sposób inicjowaniu i rozszerzaniu się mikropęknięć.

Wniosek

Pęknięcia zmęczeniowe zawsze rozpoczynają się w najsłabszym ogniwie materiału.Śrubysą podatne na pęknięcia z powodu wad powierzchniowych lub podpowierzchniowych. Zachowane pasma poślizgu, granice ziaren, wtrącenia powierzchniowe lub cząstki drugiej fazy oraz puste przestrzenie mogą pojawiać się wewnątrz materiału, ponieważ te miejsca są podatne na koncentrację naprężeń.

Obróbka cieplna ma ogromny wpływ na wytrzymałość zmęczeniową materiałów śrub. Podczas procesu obróbki cieplnej proces obróbki cieplnej powinien być szczegółowo określony w zależności od wydajności śruby. Początkowe pęknięcie zmęczeniowe jest spowodowane koncentracją naprężeń wywołaną mikroskopijnymi wadami strukturalnymi materiału śruby. Obróbka cieplna to metoda optymalizacji struktury elementu złącznego, która może w pewnym stopniu poprawić wytrzymałość zmęczeniową materiału śruby i wydłużyć żywotność produktu. W dłuższej perspektywie może oszczędzać zasoby i być zgodnym ze strategią zrównoważonego rozwoju