高力ボルトの熱処理後の耐疲労性はどのくらい上がりますか

高強度金具ボルトの疲労強度は常に懸念事項でした。 高力ボルトの破壊の多くは疲労破壊であるというデータがあり、ボルトには疲労破壊の兆候がほとんど見られないため、疲労破壊が発生すると重大な事故が発生する可能性が高くなります。

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向上しますか?高強度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がより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。 疲労の原因はボルトの微細構造に非常に敏感であり、非常に小さな規模で疲労亀裂が誘発される可能性があります。 通常、粒径 3 ～ 5 以内では、ボルトの表面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。 ボルト材料の結晶中の多数の転位、一部の合金元素または不純物、および粒界強度の違いはすべて、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、表面介在物または第二相粒子、空洞などの場所で発生しやすいことがわかっています。 これらの位置はすべて、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. 熱処理が疲労強度に及ぼす影響 (ガイド: 一般的にボールねじのパラメータとは何ですか)

ボルトの疲労強度を解析したところ、硬さを高くすることで静耐荷重を向上させることができるが、硬さを高くしても疲労強度は向上しないことが判明した。 ボルトの切欠き応力は応力集中を大きくするため、応力集中を起こさずに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、金属材料の硬さを測る指標です。 それは、材料がそれより硬い物体の侵入に抵抗する能力です。 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。 動的交互荷重が加わった場合、切り欠きの応力集中部分では微小な変形と回復の過程が起こり続け、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り、破損につながりやすい。疲労亀裂の発生。

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規格にはボルトの性能に関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、ボルトの表面が脱炭され、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示されています。 42CrMoA風力タービンの高力ボルトの破損原因を分析したところ、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 と反応してボルト材料内の Fe3C を減少させ、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、微小亀裂が発生しやすくなります。 熱処理プロセスでは、加熱温度を適切に制御する必要があり、同時にこの問題を解決するには、制御された雰囲気保護加熱を使用する必要があります。

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、結晶粒径を合理的に制御して低温の衝撃エネルギーを確保し、より高い衝撃靱性も得られます。 適度な熱処理により結晶粒を微細化し、結晶粒界間の距離を短くすることで疲労亀裂の発生を防ぐことができます。 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、微小亀裂の発生と拡大が防止されます。

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、ボルトの特性に応じて熱処理工程を決定する必要があります。 初期疲労亀裂は、ボルト素材の微細構造欠陥による応力集中によって発生します。 熱処理は、締結部品の組織を最適化する方法であり、ボルト材料の疲労性能をある程度向上させ、製品の寿命を延ばすことができます。 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。

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