帶你快速了解高強(qiáng)螺栓疲勞性能影響因素

       高強(qiáng)度螺栓作為鋼結(jié)構(gòu)的重要連接件，其安全性能直接決定著整體結(jié)構(gòu)的可靠性。在往復(fù)荷載作用下，螺栓的疲勞損傷將逐漸累積，隨著服役時(shí)間的增長(zhǎng)，螺栓又不可避免的產(chǎn)生腐蝕，腐蝕引起的局部應(yīng)力增大加速了螺栓的疲勞失效過(guò)程。

　　目前大多研究主要集中在未腐蝕螺栓的疲勞性能，雖然高強(qiáng)度螺栓的腐蝕疲勞問(wèn)題開始逐步被重視，但其研究主要在螺栓腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物分析及靜力性能退化，腐蝕后高強(qiáng)度螺栓的軸向疲勞性能研究亟待開展。針對(duì)上述問(wèn)題，在高強(qiáng)度螺栓中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)對(duì)其宏微觀銹層形貌展開研究，并在高強(qiáng)度螺栓腐蝕后疲勞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其疲勞斷口、破壞機(jī)理和疲勞壽命進(jìn)行分析。

1、硬度變化的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明硬度差異不大時(shí),疲勞強(qiáng)度差異亦不大。

2、再回火與去應(yīng)力退火的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明將螺栓分別進(jìn)行再回火和去應(yīng)力退火后，比較發(fā)現(xiàn)試樣的疲勞強(qiáng)度平均值均下降，且螺栓的疲勞強(qiáng)度下降。因此，對(duì)于先熱處理后滾絲的高強(qiáng)度螺栓，為保證其優(yōu)良的疲勞性能 ，在滾絲之后不允許再次回火或去應(yīng)力退火，否則其疲勞性能將產(chǎn)生大幅度下降。原因可能是較高的溫度改變了滾壓螺紋表面有利的殘余壓應(yīng)力條件。

3、表面脫碳的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)比有無(wú)表面脫碳情況下螺栓的疲勞強(qiáng)度，得出無(wú)表面脫碳時(shí)螺栓的疲勞強(qiáng)度比有表面脫碳時(shí)螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值高。說(shuō)明存在表面脫碳情況下螺栓的疲勞強(qiáng)度下降。

4、滾絲／磷化先后順序的影響

通常情況下，螺栓表面磷化處理是為了防銹及穩(wěn)定裝配時(shí)的摩擦。但是，磷化處理同時(shí)也可起到減磨作用，在滾絲過(guò)程中降低滾絲輪螺紋和螺栓螺紋之間的摩擦力，這對(duì)滾絲后螺栓螺紋上的應(yīng)力分布及降低螺紋表面粗糙度都將產(chǎn)生積極作用。試驗(yàn)結(jié)果表明先磷化后滾絲螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值比先滾絲后磷化螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值高，先滾絲后磷化螺栓比先磷化后滾絲螺栓的疲勞強(qiáng)度低。主要原因可能是磷化膜在滾絲過(guò)程中起到了減磨作用，從而改善了滾絲后螺栓螺紋上的應(yīng)力分布，提高了螺紋表面光潔度。同時(shí)在滾絲時(shí)施加潤(rùn)滑油也可能起到減磨的作用。

5、頭下圓角粗糙度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明粗糙度大的螺栓試樣的疲勞強(qiáng)度平均值為比粗糙度小的螺栓試樣的疲勞強(qiáng)度平均值低，再將螺栓頭下圓角表面粗糙度降低，其疲勞強(qiáng)度平均值提高。

6、滾絲輪螺紋牙形的影響

滾絲輪螺紋牙形對(duì)于螺栓的疲勞性能有著重要影響。當(dāng)滾絲輪螺紋牙頂圓弧過(guò)渡不平滑，或半徑過(guò)小時(shí)，滾絲過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)大的擠壓力，滾絲過(guò)程完成后將在螺栓的螺紋溝底形成不良的應(yīng)力分布，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)閴毫^(guò)大而形成局部微裂紋，這對(duì)螺栓的疲勞性能以及滾絲輪的使用壽命都將產(chǎn)生不良影響。

疲勞性能要求高的螺栓和相應(yīng)滾絲輪螺紋牙形的設(shè)計(jì)應(yīng)參照MJ螺紋的要求。該螺紋與普通螺紋的差別主要在于規(guī)定了螺紋溝底圓弧半徑不同。對(duì)于一定規(guī)格的具體螺栓，其溝底圓弧半徑可控制在某一更窄的范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明采用普通螺紋滾絲輪滾絲時(shí)，其疲勞強(qiáng)度平均值比采用MJ 螺紋滾絲輪滾絲后 疲勞強(qiáng)度平均值低。說(shuō)明普通螺紋改為MJ螺紋后，螺栓的疲勞強(qiáng)度平均值提高。

7、頭下圓角過(guò)渡形式的影響

為了提高螺栓的整體疲勞性能 ，螺栓頭下過(guò)渡圓角的疲勞強(qiáng)度應(yīng)設(shè)計(jì)得與螺紋疲勞強(qiáng)度相當(dāng)。通常情況下，對(duì)于僅有一段圓弧的過(guò)渡圓角，由于被聯(lián)接件通孔的限制，該圓弧的半徑只能設(shè)計(jì)得較小，應(yīng)力集中系數(shù)較大，螺栓的疲勞破壞通常在該處發(fā)生。為了克服一段圓弧過(guò)渡時(shí)圓弧半徑較小的缺點(diǎn)，通常采用兩段圓弧過(guò)渡，兩段圓弧的半徑一大一小，兩段圓弧之間平滑過(guò)渡，且半徑較小的圓弧與螺栓頭下支承面相切， 半徑較大的圓弧與光桿部分相切。兩段圓弧的具體設(shè)計(jì)可采用有限元分析或其他方法確定。如果螺紋的疲勞強(qiáng)度較高（如采用MJ螺紋），圓弧半徑則應(yīng)相應(yīng)加大。兩段圓弧過(guò)渡尤其適合于高強(qiáng)度細(xì)桿螺栓。 針對(duì)在疲勞試驗(yàn)時(shí)失效部位全部為頭下過(guò)渡圓角情況 ，試驗(yàn)表明將該螺栓的頭下圓角改為兩段圓弧過(guò)渡之后 ，頭下過(guò)渡圓角處疲勞失效的現(xiàn)象得以消除 ， 螺栓的整體疲勞強(qiáng)度得以大幅提高。