熱処理によりボルトの疲労強度が向上する効果は何ですか?

疲労強度は、ボルトは常に懸念事項でした。ボルトの破損のほとんどは疲労損傷であるというデータがあり、疲労損傷の兆候はほとんどないため、疲労損傷が発生すると重大な事故が発生しやすくなります。熱処理によりファスナー素材の性能を最適化し、疲労強度を向上させることができます。高強度ボルトの使用要求がますます高まる中、熱処理によるボルト素材の疲労強度の向上は一層重要となっています。

熱処理によるボルトの疲労強度向上の効果。

材料の疲労亀裂の発生。

疲労亀裂が最初に始まる場所を疲労源と呼びます。疲労源はボルトの微細構造に非常に敏感であり、通常 3 ～ 5 粒径以内の非常に小さなスケールで疲労亀裂を引き起こす可能性があります。ボルトの表面品質の問題が主な疲労原因であり、ほとんどの疲労はボルトの表面または表面下から始まります。ボルト材料の結晶中の多数の転位、一部の合金元素または不純物、および粒界強度の違いはすべて、疲労亀裂の発生につながる可能性のある要因です。研究によると、疲労亀裂は粒界、表面介在物または第二相粒子、空隙などの場所で発生しやすいことがわかっています。これらの位置はすべて、材料の複雑で変化しやすい微細構造に関連しています。熱処理後の組織を改善できれば、ボルト素材の疲労強度をある程度向上させることができます。

疲労強度に対する脱炭の影響。

ボルト表面の脱炭は、焼き入れ後のボルトの表面硬度や耐摩耗性を低下させ、ボルトの疲労強度を著しく低下させます。 GB/T3098.1 規格には、ボルトの性能に関する脱炭テストが含まれており、最大脱炭層の深さが指定されています。不適切な熱処理によりボルト表面が脱炭され、表面品質が低下し、疲労強度が低下することが多くの文献で示されています。 42CrMoA風車の高力ボルトの破壊破壊原因を解析したところ、ヘッドとロッドの接合部に脱炭層が存在することが判明した。 Fe3Cは高温でO2、H2O、H2と反応する可能性があり、その結果、ボルト材料内のFe3Cが減少し、その結果、ボルト材料のフェライト相が増加し、ボルト材料の強度が低下し、マイクロクラックが発生しやすくなります。熱処理プロセス中の加熱温度を制御し、制御された雰囲気保護加熱を採用することで、この問題をうまく解決できます。

疲労強度に対する熱処理の影響。

疲労強度を解析する場合ボルトの結果、ボルトの静耐荷重の向上は硬度を上げることで達成できるが、疲労強度の向上は硬度を上げることで達成できないことがわかりました。ボルトのノッチ応力は応力集中を大きくするため、応力集中を避けてサンプルの硬度を高めることで疲労強度を向上させることができます。

硬度とは金属材料の硬さを示す指標であり、それよりも硬い物体の圧力に材料が耐える能力のことです。硬度は金属材料の強度と可塑性も反映します。ボルト表面に応力が集中すると表面強度が低下します。交互の動的荷重を受けると、ノッチ応力集中部位では微小変形と回復プロセスが継続して発生し、応力集中がない部位よりもはるかに大きな応力がかかるため、疲労亀裂が発生しやすくなります。 。

ファスナーは熱処理と焼き戻しによって微細構造が改善され、優れた総合的な機械的特性を備えています。ボルト材料の疲労強度を向上させ、結晶粒度を合理的に制御して低温衝撃作業を確保し、さらにより高い衝撃靱性を得ることができます。適切な熱処理により結晶粒が微細化され、結晶粒界間の距離が短縮され、疲労亀裂が防止されます。材料内部にある程度の量のウィスカーまたは第二相粒子が存在する場合、これらの追加相は保持された滑り帯の滑りをある程度防ぐことができ、それによって微小亀裂の発生と拡大を防ぐことができます。

結論

疲労亀裂は常に材料の最も弱い部分から始まります。ボルト表面または表面下の欠陥により亀裂が発生しやすくなります。残留スリップバンド、粒界、表面介在物または第二相粒子、ボイドは、これらの場所が応力集中しやすいため、材料内部に発生しやすくなります。

熱処理はボルト素材の疲労強度に大きな影響を与えます。熱処理工程においては、ボルトの性能に応じて熱処理工程を具体的に決定する必要がある。初期疲労亀裂は、ボルト素材の微細な構造欠陥による応力集中によって発生します。熱処理はファスナーの構造を最適化する方法で、ボルト素材の疲労性能をある程度向上させ、製品の寿命を延ばすことができます。長期的には、資源を節約し、持続可能な開発戦略に適合することができます。