高力ボルトの耐疲労性は熱処理によりどの程度向上しますか?

 疲労強度は、高力ボルト は常に重要な問題でした。 高力ボルトの破損の多くは疲労損傷によるものであるというデータがあり、疲労損傷時のボルトの痕跡はほとんどなく、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。

では、熱処理によってファスナー素材の性能は向上するのでしょうか？ 疲労強度はどの程度まで向上しますか? 高力ボルトの使用要求が高まる中、ボルト素材の熱処理による疲労強度の向上は一層重要となっています。

1. 高力ボルトの材料疲労亀裂：
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、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。 一般に、粒径 3 ～ 5 以内では、ボルトの表面の品質が疲労の主な原因であり、疲労のほとんどはボルトの表面または表面下から始まります。 ボルト材料の結晶内の多数の転位と一部の合金元素または不純物、および粒界強度の違いにより、これらの要因が疲労亀裂の発生につながる可能性があります。 研究によると、疲労亀裂は粒界、表面の介在物または第二相粒子、空洞で発生しやすいことがわかっています。これらはすべて、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。

2. 疲労強度に及ぼす熱処理の影響
疲労強度を解析する場合ボルト, 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だけでは達成できないことが判明した。 ボルトのノッチ応力は大きな応力集中を引き起こすため、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柔らかさや硬さを測る指標であり、それより硬い物の侵入に対する材料の抵抗力のことです。 硬度のレベルは、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。 動的交番荷重が加わった場合、切り欠きの応力集中部では微小な変形と回復の過程が継続し、応力集中のない部分に比べて受ける応力がはるかに大きくなるため、疲労亀裂の発生につながります。

3. 疲労強度に及ぼす脱炭の影響
ボルト表面が脱炭されると、焼き入れ後のボルトの表面硬度や耐摩耗性が低下し、ボルトの疲労強度が著しく低下します。 GB/T3098.1規格では、ボルトの性能を評価する脱炭試験があり、最大脱炭深さが規定されています。 不適切な熱処理によりボルトの表面脱炭や表面品質が低下し、疲労強度が低下することが多くの文献で報告されています。 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あることが判明した。 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、それによって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。 熱処理プロセスでの加熱温度を制御し、制御された雰囲気を使用して加熱を保護することで、この問題をうまく解決できます。

ファスナーは、熱処理と焼き戻しによって微細構造を改善し、優れた総合的な機械的特性を備えています。これにより、ボルト材料の疲労強度が向上し、結晶粒度を合理的に制御して低温の衝撃エネルギーを確保し、高い衝撃靱性も得ることができます。 適度な熱処理により結晶粒が微細化され、粒界距離が短くなり疲労亀裂の発生が防止されます。 材料中にウィスカーや二次粒子がある程度存在する場合、これらの添加相により滞留スリップをある程度防止することができます。 ベルトの滑りにより、微小亀裂の発生と伝播が防止されます。

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。 熱処理工程では、ボルトの性能に応じて熱処理工程を決定する必要があります。 初期疲労亀裂の発生は、ボルト素材の微細組織欠陥による応力集中によって引き起こされます。 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改善し、製品の寿命を向上させることができます。 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。