Snaga zamoravijci visoke čvrstoćeje oduvijek bilo važno pitanje. Podaci pokazuju da je većina kvara vijaka visoke čvrstoće uzrokovana oštećenjem od zamora, a gotovo da nema znakova oštećenja od zamora vijaka, tako da je vjerovatno da će doći do velikih nesreća kada dođe do oštećenja od zamora.
Dakle, može li toplinska obrada poboljšati performanse materijala za pričvršćivanje? Koliko može povećati snagu na zamor? S obzirom na sve veće zahtjeve za korištenjem vijaka visoke čvrstoće, još je važnije poboljšati čvrstoću na zamor materijala vijaka kroz toplinsku obradu.
1. Materijalne zamorne pukotine visoke čvrstoćevijci:
Mjesto gdje prvo nastaju zamorne pukotine naziva se izvor zamora. Izvor zamora je vrlo osjetljiv na mikrostrukturu vijaka i može izazvati zamorne pukotine na vrlo maloj skali. Općenito unutar 3 do 5 veličina zrna, kvalitet površine vijka je glavni izvor zamora, a većina zamora počinje od površine ili ispod površine vijka. Veliki broj dislokacija i nekih legirajućih elemenata ili nečistoća u kristalu materijala vijka, te razlike u graničnoj čvrstoći zrna, ovi faktori mogu dovesti do nastanka zamorne pukotine. Istraživanja su pokazala da su pukotine od zamora sklone nastanku na granicama zrna, površinskim inkluzijama ili česticama druge faze i šupljinama, a sve su povezane sa složenom i promjenjivom mikrostrukturom materijala. Ako se mikrostruktura može poboljšati nakon termičke obrade, zamorna čvrstoća materijala vijka može se poboljšati do određene mjere.
2. Utjecaj termičke obrade na zamornu čvrstoću
Analizirajući čvrstoću vijaka na zamor, utvrđeno je da se povećanje statičke nosivosti vijaka može postići povećanjem tvrdoće, ali povećanje čvrstoće na zamor ne može se postići povećanjem tvrdoće. Budući da će zarezni napon zavrtnja uzrokovati veliku koncentraciju naprezanja, povećanje tvrdoće uzorka bez koncentracije naprezanja može poboljšati njegovu čvrstoću na zamor. Tvrdoća je indeks za mjerenje mekoće i tvrdoće metalnih materijala, i to je sposobnost materijala da se odupru upadu predmeta tvrđih od njega. Nivo tvrdoće također odražava snagu i plastičnost metalnih materijala. Koncentracija naprezanja na površini vijka će smanjiti njegovu površinsku čvrstoću. Kada je podvrgnut naizmjeničnim dinamičkim opterećenjima, proces mikrodeformacije i oporavka će se i dalje odvijati na dijelu zareza s koncentracijom naprezanja, a napon koji prima mnogo je veći od onog na dijelu bez koncentracije naprezanja, pa je lako dovode do stvaranja zamornih pukotina.
3. Utjecaj dekarbonizacije na zamornu čvrstoću
Dekarbonizacija površine vijka će smanjiti površinsku tvrdoću i otpornost na habanje vijka nakon gašenja i značajno smanjiti čvrstoću vijka na zamor. U standardu GB/T3098.1 postoji test razugljičenja za performanse vijaka, a navedena je i maksimalna dubina razugljičenja. Veliki broj literature pokazuje da zbog nepravilne termičke obrade dolazi do razugljičenja površine vijka i smanjenja kvaliteta površine, čime se smanjuje njena zamorna čvrstoća. Analizom uzroka loma vijaka visoke čvrstoće u vjetroturbinama 42CrMoA utvrđeno je da na spoju glave i šipke postoji sloj razugljičenja. Fe3C može reagirati sa O2, H2O i H2 na visokoj temperaturi, što rezultira smanjenjem Fe3C unutar materijala zavrtnja, čime se povećava feritna faza materijala zavrtnja, smanjuje čvrstoća materijala zavrtnja i lako uzrokuje mikropukotine. Kontrola temperature grijanja u procesu toplinske obrade i korištenje kontrolirane atmosfere za zaštitu grijanja mogu dobro riješiti ovaj problem.
Pričvršćivači poboljšavaju mikrostrukturu kroz termičku obradu i kaljenje, i imaju izvrsna sveobuhvatna mehanička svojstva, koja mogu poboljšati čvrstoću na zamor materijala vijaka, razumno kontrolirati veličinu zrna kako bi se osigurala energija udara pri niskoj temperaturi, a također mogu postići visoku udarnu žilavost. Razumna termička obrada rafinira zrna i skraćuje graničnu udaljenost zrna kako bi se spriječila pojava zamornih pukotina. Ako postoji određena količina brkova ili drugih čestica unutar materijala, ove dodatne faze mogu spriječiti klizanje rezidenta u određenoj mjeri. Klizanje remena sprečava nastanak i širenje mikropukotina.
Toplinska obrada ima veliki utjecaj na zamornu čvrstoću materijala vijaka. Tokom procesa termičke obrade, proces termičke obrade treba odrediti u skladu sa performansama vijka. Generiranje početnih zamornih pukotina uzrokovano je koncentracijom naprezanja uzrokovanom defektima mikrostrukture materijala vijka. Toplinska obrada je metoda za optimizaciju strukture spojnih elemenata, koja može poboljšati performanse zamora materijala vijaka u određenoj mjeri i poboljšati vijek trajanja proizvoda. Dugoročno, može uštedjeti resurse i uskladiti se sa strategijom održivog razvoja.
