高强度螺栓的疲劳

2022-04-19 15:43

热镀锌螺栓-04.png

高强度螺栓就是指强度级别超过8.8级的螺栓。

高强度螺栓不但可以承担较高的预紧力,与此同时还需要承受多种多样强度较高的交变载荷的作用,如拉压应力、扭曲应力、弯曲应力、冲击性负载、有时候是多种多样负载的结合。

无论承担哪些复杂的负载,高强度螺栓的普遍失效形式便是疲劳失效。

早在1980年有权威专家科学研究了200例螺钉连接的失效,在其中50%以上的螺栓连接是疲劳损坏。

提升大六角头高强度螺栓的抗疲劳性能是尤为重要。

金属疲劳的定义

随时间作周期性、规律性变动的应力称之为交变应力。金属材料在交变应力作用下的失效与静应力的失效是全然不同的两种不同的失效。在交变应力下,虽然应力水平会小于强度极限,但是由于长期性不断反复以后紧固件也会忽然断裂。这类在交变应力下为脆性断裂的方式失效的情况,称之为金属疲劳。

金属疲劳失效的建立全过程

疲惫失效是疲惫损害累积的結果,经历了三个环节:裂纹产生→裂纹扩展→瞬间断裂。在足够大的交变应力下面,金属材料中最不好或较差的结晶,就会沿较大切应力作用面产生滑动带,滑移带裂开就变成微观裂纹。在紧固件的外观突变或外表面刻痕或有内部设计结构有缺陷等位置上面,都很有可能因应力集中从而造成微观裂纹。分散的微观裂纹可以通过结集沟通,将慢慢产生宏观裂纹,以上全过程是裂纹的萌发的过程。 已出现的宏观裂纹在交变应力下慢慢扩展,扩展是缓慢的且不持续,按应力水准的多少一会儿不断一会儿停滞不前。这也是裂纹的扩展全过程。伴随着裂纹的慢慢扩展,紧固件的横截面会逐渐消弱,削弱到一定極限,紧固件便忽然断裂。在裂纹的扩展全过程中,裂纹的2个侧面会由于交变应力一会儿卡紧一会儿分离出来,多次反复不断,这就会产生断裂面的光滑区。 紧固件最终忽然断裂,产生呈颗粒的断裂面不光滑区。因此疲惫断裂面分成2个区:疲惫区(光洁区)和脆断区(不光滑区)。

金属疲劳的特性

1.仅有在交变应力作用下,疲劳才会产生。

2.毁坏始于高应力,高应变力的部分。

3.疲劳损害的結果就是产生裂纹。

紧固件疲劳断裂的特点

紧固件疲劳断裂具备下列特点:

1.疲劳断裂的较大应力远比静应力下原材料的强度极限低,乃至比屈服强度极限低。

2.疲劳断裂面均为无显著塑性变形的脆性断裂性忽然断裂。

3.疲劳断裂是微观损坏累积到一定程度的結果。

针对紧固件,其失效方式主要是外螺纹一部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂,在其中:

65%的损坏产生在与螺帽连接的第一个螺牙;

20%的损坏产生在外螺纹与光杆的转变处;

15%的损坏产生在螺栓头与螺杆衔接过度圆弧处。

高强度螺栓的疲劳-01.png

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