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高强度螺栓失效形式特点及预防措施
造成高强度螺栓失效的原因有外在的和内在的因素。外在的因素主要是螺栓的装配工艺、工作环境和载荷形式等;内在因素包括零件的加工工艺、化学成分和金相组织等。
4.1预紧力对螺栓失效的影响如何施加最佳的预紧力成为高强度螺栓装配工艺的重点。
由于高强度螺栓多用于承受循环交变载荷的部位,合适的预紧力可以减少螺栓中的载荷变化量,这对提高螺栓的疲劳寿命是有益的。但是,如果所加的预紧力过大,则会增加螺栓中的应力,甚至超出零件材料的屈服极限,而使零件发生永久塑性变 形失效。因此,为确保获得合适的预紧力,可提高拧紧工具的精度,选择合适的拧紧方法,并根据零件材料的强度和润滑条件来综合确定最佳的预紧扭矩,最终达到使零件材料的性能得到充分发挥,保证螺纹联接的可靠性,提高螺栓的疲劳寿命,而不会导致螺栓失效。
4.2 工艺纪律方面应注意的几个问题
加强装配工艺纪律,加强工作责任心,认真清理残留于螺纹副零件中的铁屑;二次装配时如发现螺纹受损变形应不可再使用;对于螺栓孔、螺纹孔加工不合格的零件也应禁止使用。
4.3 加工工艺方面
随着螺栓强度的提高,在应力复杂、集中的头杆过渡圆角处,螺栓材料表面加工缺陷如车削加工刀痕等,更易使材料从局部微观的晶粒区域开始发生塑性变形并发展成裂纹源,并在循环交变载荷的作用下发生疲劳失效。所以,零件材料表面的机械加工应使表面光整。资料表明,螺栓头杆下的过渡角处采用椭圆形过渡比圆弧形过渡更好。
4.4 热处理工艺方面
严格遵守热处理工艺规程,保证螺栓的热处理质量,使其具有合格的显微组织。组织愈均匀,晶粒愈细,零件材料的疲劳强度愈高。因为晶粒细化之后,可以减轻循环交变载荷下不均匀滑移的程度,从而推迟了疲劳裂纹核心的产生,减低了疲劳断裂失效的可能性。
4.5 选材应注意的问题
高强度螺栓所采用材料的化学成分是比较多样的。材料中的含碳量一般不高,如本文中所列举的螺栓均采用ML40Cr,其含碳量在0.37~0.45%之间。随着钢中含碳量的增加,经热处理淬火、回火后,硬度和强度都提高,疲劳性能也有所提高。资料表明,高强度螺栓不宜采用含碳量较高的钢进行加工,因含碳量增高后,硬度过高,材料变脆,降低了疲劳强度。一定量的合金元素添加在材料中,提高了材料的淬透性;合金元素溶于铁素体基体中,起到了固溶强化的作用;合金元素的加入还使碳化物的结构发生变化,作为强化相,合金碳化物能保持高的弥散度,因而具有很好的强化效果。
基于以上的讨论,高强度螺栓所采用材料含碳量应在中碳钢以下,并可加入一定量的合金元素,以提高螺栓的强度疲劳寿命。
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