帶你快速了解高強(qiáng)螺栓疲勞性能影響因素
隨著高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)用場合越來越多，對其性能要求也越來越高。由于疲勞性能能夠全面評價高強(qiáng)度螺栓的制造水平，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度螺栓從結(jié)構(gòu)到工藝等各個環(huán)節(jié)中存在的缺陷，因此，本文參考盧海波等[1]對結(jié)構(gòu)和工藝因素對高強(qiáng)度螺栓疲勞性能的影響試驗研究，結(jié)合檢測標(biāo)準(zhǔn)與實踐經(jīng)驗進(jìn)行探討。
1、硬度變化的影響
試驗結(jié)果表明硬度差異不大時,疲勞強(qiáng)度差異亦不大。
2、再回火與去應(yīng)力退火的影響
試驗結(jié)果表明將螺栓分別進(jìn)行再回火和去應(yīng)力退火后，比較發(fā)現(xiàn)試樣的疲勞強(qiáng)度平均值均下降，且螺栓的疲勞強(qiáng)度下降。因此，對于先熱處理后滾絲的高強(qiáng)度螺栓，為保證其優(yōu)良的疲勞性能 ，在滾絲之后不允許再次回火或去應(yīng)力退火，否則其疲勞性能將產(chǎn)生大幅度下降。原因可能是較高的溫度改變了滾壓螺紋表面有利的殘余壓應(yīng)力條件。
3、表面脫碳的影響
試驗結(jié)果表明對比有無表面脫碳情況下螺栓的疲勞強(qiáng)度，得出無表面脫碳時螺栓的疲勞強(qiáng)度比有表面脫碳時螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值高。說明存在表面脫碳情況下螺栓的疲勞強(qiáng)度下降。
4、滾絲／磷化先后順序的影響
通常情況下，螺栓表面磷化處理是為了防銹及穩(wěn)定裝配時的摩擦。但是，磷化處理同時也可起到減磨作用，在滾絲過程中降低滾絲輪螺紋和螺栓螺紋之間的摩擦力，這對滾絲后螺栓螺紋上的應(yīng)力分布及降低螺紋表面粗糙度都將產(chǎn)生積極作用。試驗結(jié)果表明先磷化后滾絲螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值比先滾絲后磷化螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值高，先滾絲后磷化螺栓比先磷化后滾絲螺栓的疲勞強(qiáng)度低。主要原因可能是磷化膜在滾絲過程中起到了減磨作用，從而改善了滾絲后螺栓螺紋上的應(yīng)力分布，提高了螺紋表面光潔度。同時在滾絲時施加潤滑油也可能起到減磨的作用。
5、頭下圓角粗糙度的影響
試驗結(jié)果表明粗糙度大的螺栓試樣的疲勞強(qiáng)度平均值為比粗糙度小的螺栓試樣的疲勞強(qiáng)度平均值低，再將螺栓頭下圓角表面粗糙度降低，其疲勞強(qiáng)度平均值提高。
6、滾絲輪螺紋牙形的影響
滾絲輪螺紋牙形對于螺栓的疲勞性能有著重要影響。當(dāng)滾絲輪螺紋牙頂圓弧過渡不平滑，或半徑過小時，滾絲過程中就會產(chǎn)生局部過大的擠壓力，滾絲過程完成后將在螺栓的螺紋溝底形成不良的應(yīng)力分布，嚴(yán)重時會因為壓力過大而形成局部微裂紋，這對螺栓的疲勞性能以及滾絲輪的使用壽命都將產(chǎn)生不良影響。
疲勞性能要求高的螺栓和相應(yīng)滾絲輪螺紋牙形的設(shè)計應(yīng)參照MJ螺紋的要求。該螺紋與普通螺紋的差別主要在于規(guī)定了螺紋溝底圓弧半徑不同。對于一定規(guī)格的具體螺栓，其溝底圓弧半徑可控制在某一更窄的范圍內(nèi)。試驗結(jié)果表明采用普通螺紋滾絲輪滾絲時，其疲勞強(qiáng)度平均值比采用MJ 螺紋滾絲輪滾絲后 疲勞強(qiáng)度平均值低。說明普通螺紋改為MJ螺紋后，螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值提高。
7、頭下圓角過渡形式的影響
為了提高螺栓的整體疲勞性能 ，螺栓頭下過渡圓角的疲勞強(qiáng)度應(yīng)設(shè)計得與螺紋疲勞強(qiáng)度相當(dāng)。通常情況下，對于僅有一段圓弧的過渡圓角，由于被聯(lián)接件通孔的限制，該圓弧的半徑只能設(shè)計得較小，應(yīng)力集中系數(shù)較大，螺栓的疲勞破壞通常在該處發(fā)生。為了克服一段圓弧過渡時圓弧半徑較小的缺點(diǎn)，通常采用兩段圓弧過渡，兩段圓弧的半徑一大一小，兩段圓弧之間平滑過渡，且半徑較小的圓弧與螺栓頭下支承面相切， 半徑較大的圓弧與光桿部分相切。兩段圓弧的具體設(shè)計可采用有限元分析或其他方法確定。如果螺紋的疲勞強(qiáng)度較高（如采用MJ螺紋），圓弧半徑則應(yīng)相應(yīng)加大。兩段圓弧過渡尤其適合于高強(qiáng)度細(xì)桿螺栓。 針對在疲勞試驗時失效部位全部為頭下過渡圓角情況 ，試驗表明將該螺栓的頭下圓角改為兩段圓弧過渡之后 ，頭下過渡圓角處疲勞失效的現(xiàn)象得以消除 ， 螺栓的整體疲勞強(qiáng)度得以大幅提高。
參考文獻(xiàn)
[1]盧海波等.材料、結(jié)構(gòu)和工藝因素對高強(qiáng)度螺栓疲勞性能的影響試驗研究[J].汽車科技，2013-3：31～33.
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