高強(qiáng)度螺栓的疲勞

高強(qiáng)度螺栓就是指強(qiáng)度級別超過8.8級的螺栓。

高強(qiáng)度螺栓不但可以承擔(dān)較高的預(yù)緊力，與此同時還需要承受多種多樣強(qiáng)度較高的交變載荷的作用，如拉壓應(yīng)力、扭曲應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、沖擊性負(fù)載、有時候是多種多樣負(fù)載的結(jié)合。

無論承擔(dān)哪些復(fù)雜的負(fù)載，高強(qiáng)度螺栓的普遍失效形式便是疲勞失效。

早在1980年有權(quán)威專家科學(xué)研究了200例螺釘連接的失效，在其中50%以上的螺栓連接是疲勞損壞。

提升大六角頭高強(qiáng)度螺栓的抗疲勞性能是尤為重要。

金屬疲勞的定義

隨時間作周期性、規(guī)律性變動的應(yīng)力稱之為交變應(yīng)力。金屬材料在交變應(yīng)力作用下的失效與靜應(yīng)力的失效是全然不同的兩種不同的失效。在交變應(yīng)力下，雖然應(yīng)力水平會小于強(qiáng)度極限，但是由于長期性不斷反復(fù)以后緊固件也會忽然斷裂。這類在交變應(yīng)力下為脆性斷裂的方式失效的情況，稱之為金屬疲勞。

金屬疲勞失效的建立全過程

疲憊失效是疲憊損害累積的結(jié)果，經(jīng)歷了三個環(huán)節(jié)：裂紋產(chǎn)生→裂紋擴(kuò)展→瞬間斷裂。在足夠大的交變應(yīng)力下面，金屬材料中最不好或較差的結(jié)晶，就會沿較大切應(yīng)力作用面產(chǎn)生滑動帶，滑移帶裂開就變成微觀裂紋。在緊固件的外觀突變或外表面刻痕或有內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有缺陷等位置上面，都很有可能因應(yīng)力集中從而造成微觀裂紋。分散的微觀裂紋可以通過結(jié)集溝通，將慢慢產(chǎn)生宏觀裂紋，以上全過程是裂紋的萌發(fā)的過程。 已出現(xiàn)的宏觀裂紋在交變應(yīng)力下慢慢擴(kuò)展，擴(kuò)展是緩慢的且不持續(xù)，按應(yīng)力水準(zhǔn)的多少一會兒不斷一會兒停滯不前。這也是裂紋的擴(kuò)展全過程。伴隨著裂紋的慢慢擴(kuò)展，緊固件的橫截面會逐漸消弱，削弱到一定極限，緊固件便忽然斷裂。在裂紋的擴(kuò)展全過程中，裂紋的2個側(cè)面會由于交變應(yīng)力一會兒卡緊一會兒分離出來，多次反復(fù)不斷，這就會產(chǎn)生斷裂面的光滑區(qū)。 緊固件最終忽然斷裂，產(chǎn)生呈顆粒的斷裂面不光滑區(qū)。因此疲憊斷裂面分成2個區(qū)：疲憊區(qū)（光潔區(qū)）和脆斷區(qū)（不光滑區(qū)）。

金屬疲勞的特性

1.僅有在交變應(yīng)力作用下，疲勞才會產(chǎn)生。

2.毀壞始于高應(yīng)力，高應(yīng)變力的部分。

3.疲勞損害的結(jié)果就是產(chǎn)生裂紋。

緊固件疲勞斷裂的特點(diǎn)

緊固件疲勞斷裂具備下列特點(diǎn)：

1.疲勞斷裂的較大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下原材料的強(qiáng)度極限低，乃至比屈服強(qiáng)度極限低。

2.疲勞斷裂面均為無顯著塑性變形的脆性斷裂性忽然斷裂。

3.疲勞斷裂是微觀損壞累積到一定程度的結(jié)果。

針對緊固件，其失效方式主要是外螺紋一部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂，在其中：

65%的損壞產(chǎn)生在與螺帽連接的第一個螺牙；

20%的損壞產(chǎn)生在外螺紋與光桿的轉(zhuǎn)變處；

15%的損壞產(chǎn)生在螺栓頭與螺桿銜接過度圓弧處。