百德小编助您预防螺栓连接疲劳时效

　　疲劳断裂是螺纹类紧固连接的常见时效模式之一。一般螺栓连接的疲劳断裂发生在交变载荷力的作用下，特别是在交变载荷幅值高和频次高的环境中，螺栓连接更易发生疲劳失效。这些螺栓连接点往往都会涉及到安全和性能，且螺栓的疲劳断裂没有任何的先兆，即使是塑性较好的材料，断裂前却没有明显的塑性变形，发生破坏后一般都会带来比较严重的后果。下面由百德小编通过资料收集以及实践来帮助你更好的预防螺栓连接疲劳失效。

　　一、了解螺栓疲劳失效具有的一系列特征

　　螺栓疲劳失效的原因，现今比较一致的解释是：由于连接构件外部形状尺寸的突变以及材料的不均匀等原因，使连接构件某些局部的应力特别高。在长期的交变应力作用下，应力较高的点，材料有缺陷的点，逐步形成非常细微的裂纹。裂纹尖端材料处于三向拉伸应力状态，比单向拉伸更不易出现塑性变形，愈加速裂纹的扩展。当裂纹扩展到一定程度，在偶然的超载冲击下，连接构件就会沿着削弱了强度的截面发生突然脆性疲劳断裂。

　　疲劳失效发生的4个过程：1、疲劳源的产生；2、裂纹缓慢扩展；3、裂纹快速扩展；4、最终瞬间断裂。

　　二、影响螺栓疲劳失效的相关因素

　　螺栓的疲劳和一般疲劳一样，存在5个必要条件：①交变工作载荷；②高于疲劳极限的应力副；③疲劳源；④环境介质；⑤材料的敏感性。螺栓连接失效可从这5个方面进行预防和分析。

　　1、交变工作载荷

　　外部的交变载荷，不管是周向的外载荷还是弯矩，都会让已经预紧的螺栓产生交变应力变化。如在普通螺栓结构中，螺柱部分的直径往往比螺纹小径/牙底径（d1）大，是横截面产生突然变化，引起局部的应力集中。根据实践统计，螺母同螺纹部分连接处损坏率为65%，螺纹同螺栓过渡部位占20%，栓杆R头与柱体部位占15%。

　　2、螺栓疲劳极限

　　对于螺栓的疲劳极限，也可以通过试验的方式，得到S-N曲线。当螺栓的应力幅小于螺栓的疲劳极限时，将永远不会发生疲劳失效。对于螺栓的疲劳极限，可以查阅VDI2230《第一部分高强度螺栓连接的系统计算》给出的一般应力幅计算公式。确定好螺栓的疲劳应力极限，就可以为设计预防和疲劳失效分析提供评判依据。

　　3、疲劳源

　　螺栓表面初始微裂纹有助于疲劳源的形成，螺栓本身就是表面应力复杂的零件。在加工螺栓时，由于加工刀模具的刻痕根部引起的应力集中，会使螺栓产品疲劳使之强度降低。表面的缺陷，如划伤、折叠、脱碳、热处理产生的微裂纹等都会诱发螺栓的疲劳失效。这些比较严重的缺陷当然是不允许。从严格意义上来说，螺栓表面的粗糙度也可以算是微裂纹。质量再好的螺栓疲劳源也是无法杜绝的。因此，刚才的强度愈高，愈要合理加工，使其具有足够的表面粗糙度，以充分发挥高强度钢的作用，而采用表面处理及强化工艺，如渗碳、渗氮、高频淬火、滚压和喷丸等处理都能显著提高螺栓的疲劳强度。

　　4、环境介质

　　环境对于螺栓连接的疲劳强度也有很大的影响。这里主要考虑腐蚀性介质和温度对其的影响。在腐蚀环境的作用下，材料的疲劳强度明显降低，材料的疲劳寿命显著缩短。这一方面与疲劳裂纹常从局部的腐蚀坑有关，在另一方面腐蚀环境常促进新表面的形成，裂纹易于形成和扩展。螺栓类紧固件受腐蚀介质的影响，便会造成表面材料的腐蚀和变质，从而成为裂纹源，在持久的应力作用下必然会出现疲劳失效的现象。腐蚀环境下的高强度螺栓，疲劳极限会降低。除了受交变应力的作用外，螺栓连接本身的工作寿命也是一个重要因素。预防腐蚀疲劳的方式主要是增强其疲劳强度。常见的方法有：采用不锈钢和钛合金等耐腐蚀高的材料。其次，在螺栓连接表面通过氧化、涂覆或镀层、喷塑等方法加上一层保护膜，也可以提高螺栓连接的疲劳极限。

　　温度也会影响螺栓连接的疲劳强度，温度升高，一般可使材料的疲劳性能下降，但使应力集中的影响减小。有些材料如碳素结构钢的疲劳强度具有自我的调节能力，能够根据温度的变化而不算地改变疲劳极限。因此，耐热钢的螺栓连接应该得到广泛的推广，江苏百德特种合金专注耐热钢10年，技术先进完善，生产设备齐全，一直在行业中处于领先地位。

　　5、材料的敏感性

　　螺栓的材料和形状对疲劳失效也有较大的影响，韧而硬的材料有助于抗疲劳。对螺栓进行十一的热处理显得非常关键。相同材料，热处理制度不同，疲劳性能也就完全不同。

　　三、结束语

　　综合分析的5点因素中，是否超过螺栓的疲劳应力极限成为判断螺栓疲劳失效与否的关键。交变外载荷是螺栓产生交变应力幅的动因，产生应力幅的大小还与连接件的结构、紧固点的布置方式，螺栓预紧力的大小等有关。所以，通过合理的紧固连接设计，有效地降低螺栓上的应力幅，可以从设计上避免疲劳失效的发生。

　　当然，通过改进制造工艺，提高螺栓的疲劳应力极限，也算是一种方案，如先热处理后搓丝，或通过特殊形状的螺栓设计，让应力集中在螺栓的光杆部分等，预防螺栓疲劳失效的措施，引起螺栓疲劳失效，最主要的原因就是螺栓上较高的应力幅：1、夹紧力不够；2、不合理的连接设计；3、合理的金古典布置方式，此文暂不考虑。

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