Koliko se poveča odpornost proti utrujenosti vijakov visoke trdnosti po toplotni obdelavi?

 Utrujalna trdnostvijaki visoke trdnosti je bilo vedno pomembno vprašanje. Podatki kažejo, da večino okvar vijakov z visoko trdnostjo povzročijo poškodbe zaradi utrujenosti, med poškodbami zaradi utrujenosti pa skoraj ni znakov vijakov, zato je verjetno, da pride do večjih nesreč, ko pride do poškodb zaradi utrujenosti.

Torej, ali lahko toplotna obdelava izboljša učinkovitost pritrdilnih materialov? Koliko lahko poveča svojo odpornost proti utrujenosti? Glede na naraščajoče zahteve glede uporabe vijakov z visoko trdnostjo je še bolj pomembno izboljšati odpornost proti utrujenosti materialov za vijake s toplotno obdelavo.

1. Razpoke zaradi utrujenosti materiala vijakov visoke trdnosti:
Mesto, kjer se najprej začnejo razpoke utrujenosti, imenujemo izvor utrujenosti. Vir utrujenosti je zelo občutljiv na mikrostrukturo vijakov in lahko povzroči razpoke zaradi utrujenosti v zelo majhnem obsegu. Na splošno pri 3 do 5 velikostih zrn je kakovost površine sornika glavni vir utrujenosti, večina utrujenosti pa se začne na površini ali podpovršini sornika. Veliko število dislokacij in nekaterih legirnih elementov ali nečistoč v kristalu materiala vijaka ter razlike v trdnosti meja zrn lahko ti dejavniki povzročijo začetek razpok zaradi utrujenosti. Študije so pokazale, da so razpoke zaradi utrujenosti nagnjene k pojavu na mejah zrn, površinskih vključkih ali delcih druge faze ter votlinah, ki so vse povezane s kompleksno in spremenljivo mikrostrukturo materialov. Če je po toplotni obdelavi mogoče izboljšati mikrostrukturo, se lahko do določene mere izboljša utrujenost materiala vijaka.

2. Vpliv toplotne obdelave na utrujenostno trdnost
Pri analizi utrujenostne trdnostivijaki, ugotovljeno je bilo, da je izboljšanje statične nosilnosti sornikov mogoče doseči s povečanjem trdote, izboljšanja odpornosti proti utrujenosti pa ni mogoče doseči s povečanjem trdote. Ker bo zarezna napetost sornika povzročila veliko koncentracijo napetosti, lahko povečanje trdote vzorca brez koncentracije napetosti izboljša njegovo trdnost proti utrujenosti. Trdota je indeks za merjenje mehkobe in trdote kovinskih materialov in je sposobnost materialov, da se uprejo vdoru predmetov, ki so trši od njega. Stopnja trdote odraža tudi trdnost in plastičnost kovinskih materialov. Koncentracija napetosti na površini sornika bo zmanjšala njegovo površinsko trdnost. Ko je izpostavljen izmeničnim dinamičnim obremenitvam, se bo proces mikrodeformacije in okrevanja še naprej odvijal na delu zareze s koncentracijo napetosti, napetost, ki jo prejme, pa je veliko večja kot pri delu brez koncentracije napetosti, zato je enostavno povzročijo nastanek utrujenostnih razpok.

3. Vpliv razogljičenja na utrujenostno trdnost
Razogljičenje površine sornika bo zmanjšalo površinsko trdoto in odpornost proti obrabi sornika po kaljenju ter znatno zmanjšalo utrujenost sornika. V standardu GB/T3098.1 obstaja preskus razogljičenja za učinkovitost vijaka in navedena je največja globina razogljičenja. Veliko literature kaže, da se zaradi neustrezne toplotne obdelave poslabša površinsko razogljičenje in kakovost površine vijakov, s čimer se zmanjša njihova utrujenostna trdnost. Pri analizi vzroka zloma visokotrdnih vijakov v vetrnih turbinah 42CrMoA je bilo ugotovljeno, da je na stičišču glave in palice razogljičena plast. Fe3C lahko reagira z O2, H2O in H2 pri visoki temperaturi, kar povzroči redukcijo Fe3C v materialu vijaka, s čimer se poveča feritna faza materiala vijaka, zmanjša trdnost materiala vijaka in zlahka povzroči mikrorazpoke. Nadzor temperature ogrevanja v procesu toplotne obdelave in uporaba nadzorovane atmosfere za zaščito ogrevanja lahko dobro reši ta problem.

Pritrdilni elementi izboljšajo mikrostrukturo s toplotno obdelavo in kaljenjem ter imajo odlične celovite mehanske lastnosti, ki lahko izboljšajo trdnost materialov za vijake ob utrujenosti, razumno nadzorujejo velikost zrn, da zagotovijo nizkotemperaturno udarno energijo in lahko pridobijo tudi visoko udarno žilavost. Razumna toplotna obdelava prečisti zrna in skrajša razdaljo med zrni, da prepreči nastanek razpok zaradi utrujenosti. Če je znotraj materiala določena količina brkov ali sekundarnih delcev, lahko te dodane faze do določene mere preprečijo zdrs rezidenta. Zdrs jermena preprečuje nastanek in širjenje mikrorazpok.

Toplotna obdelava ima velik vpliv na utrujenost materialov vijakov. Med postopkom toplotne obdelave je treba postopek toplotne obdelave določiti glede na zmogljivost vijaka. Nastanek začetnih utrujenostnih razpok povzroči koncentracija napetosti, ki jo povzročijo napake v mikrostrukturi materiala vijaka. Toplotna obdelava je metoda za optimizacijo strukture pritrdilnih elementov, ki lahko do določene mere izboljša odpornost proti utrujenosti materialov vijakov in podaljša življenjsko dobo izdelkov. Dolgoročno lahko prihrani vire in se uskladi s strategijo trajnostnega razvoja.