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影响螺栓疲劳性能的主要因素有以下几点

文章出处: 人气:6发表时间:2020-4-21 9:02:33

影响螺栓疲劳性能的主要因素有以下几点:


1、螺纹牙谷形状和半径尺寸的影响。


螺栓受力时,螺纹牙谷处就会产生应力集中,其值在很大程度上取决于牙谷的形状。改变牙谷的形状,如螺纹的牙谷槽越平滑,应力集中就越小,疲劳强度则越高。一般而言,平底牙谷的螺纹疲劳强度低。如以圆形牙谷代替平底牙谷,螺栓的疲劳强度便可得到提高。如平底螺纹牙谷的弹性应力集中系数为2.54,而改进的圆弧牙谷为1.52,即后者的牙谷应力集中系数较前者降低40%,从而可以使疲劳强度至少提高20%;如经调质处理的40CrNiMo钢制螺栓,螺纹为M6-1.0的平底牙谷时疲劳强度为95MPa,而采用半径为0.1mm的圆弧形牙谷时,其疲劳强度可以提高到120MPa,即提高26%。日本新日铁公司新开发的CD(critical design for fracture)螺栓的疲劳强度提高的幅度更大,高达100%,CD螺栓的主要特点是螺母内螺纹的牙峰高度逐渐降低,以使其受力更均匀。


2、螺纹表面粗糙度的影响。


螺纹的表面粗糙度对螺栓的疲劳寿命影响很大。如螺纹为M6-1。0的40CrNiMo钢制螺栓,其粗糙度由0。08~0。16降低到0。63~1。35时,疲劳强度下降33%;螺纹为M12-1。5的螺栓,其表面粗糙度由0。08~0。16降低到0。16~0。32时,疲劳强度下降21%。


3、螺纹滚丝工序的影响。


滚压螺纹会产生形变强化层和较高的残余压应力,对阻止疲劳裂纹的萌生和早起扩展起到很大的作用;同时,也会降低牙谷的表面粗糙度,因而有利于螺栓疲劳强度的提高。但是,如果滚压螺纹后再进行热处理,就会使上述有利因素消失。所以从改善螺栓疲劳性能的角度考虑,应在热处理后滚压螺纹。但此时存在另一个问题,即螺栓特别是高强度螺栓经过热处理后其硬度通常较高,致使滚丝模具寿命降低。此外,如果滚丝的质量不够好,在螺纹的表面或根部产生微裂纹或类似接触疲劳的剥落现象,则改善螺栓疲劳性能的效果不明显,甚至会降低疲劳性能。


4、钢材冶金缺陷的影响。


原材料表面脱碳,通常是在轧制加热过程中对坯料表面没有有效的保护所致。如果脱碳层较浅而成品又要经过充分的切削加工,会使脱碳层去掉,从而消除这种脱碳的影响。然而,有些螺栓是在冷镦或冷拔后不再进行切削加工,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。


螺栓表面的严重脱碳层是其上的一个薄弱区域,在冷镦后的滚丝过程中,由于钢材表面的变形量大,会把脱碳层大部分挤压到螺纹的顶部区域中。这种脱碳层的强度、硬度均很低,故极易发生磨损和脱扣(丝扣被剪坏)失效,并且极易成为疲劳裂纹源,造成早期疲劳失效。


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