Čvrstoća na zamorvijci visoke čvrstoćeuvijek je bilo važno pitanje. Podaci pokazuju da je većina kvarova vijaka visoke čvrstoće uzrokovana oštećenjem uslijed zamora, a gotovo da i nema znakova oštećenja uslijed zamora vijaka, tako da će se vjerojatno dogoditi velike nesreće kada dođe do oštećenja uslijed zamora.
Dakle, može li toplinska obrada poboljšati učinkovitost materijala za spajanje? Koliko može povećati svoju čvrstoću na zamor? S obzirom na sve veće zahtjeve za korištenjem vijaka visoke čvrstoće, još je važnije poboljšati čvrstoću materijala vijaka na zamor toplinskom obradom.
1. Pukotine od zamora materijala visoke čvrstoćevijci:
Mjesto gdje pukotine od zamora najprije počinju nazivamo izvorom zamora. Izvor zamora je vrlo osjetljiv na mikrostrukturu vijaka i može izazvati zamorne pukotine u vrlo maloj mjeri. Općenito unutar 3 do 5 veličina zrna, kvaliteta površine vijka je glavni izvor zamora, a većina zamora počinje s površine ili ispod površine vijka. Velik broj dislokacija i neki legirajući elementi ili nečistoće u kristalu materijala vijka, te razlike u čvrstoći granica zrna, ovi čimbenici mogu dovesti do inicijacije pukotine uslijed zamora. Studije su pokazale da su pukotine nastale zamorom sklone pojavi na granicama zrna, površinskim inkluzijama ili česticama druge faze i šupljinama, a sve je to povezano sa složenom i promjenjivom mikrostrukturom materijala. Ako se mikrostruktura može poboljšati nakon toplinske obrade, čvrstoća na zamor materijala vijka može se poboljšati do određene mjere.
2. Utjecaj toplinske obrade na zamornu čvrstoću
Pri analizi zamorne čvrstoće vijaka utvrđuje se da se poboljšanje statičke nosivosti vijaka može postići povećanjem tvrdoće, ali poboljšanje zamorne čvrstoće ne može se postići povećanjem tvrdoće. Budući da će naprezanje zareza vijka uzrokovati veliku koncentraciju naprezanja, povećanje tvrdoće uzorka bez koncentracije naprezanja može poboljšati njegovu čvrstoću na zamor. Tvrdoća je pokazatelj za mjerenje mekoće i tvrdoće metalnih materijala, a to je sposobnost materijala da se odupru upadu predmeta koji su jači od njega. Razina tvrdoće također odražava čvrstoću i plastičnost metalnih materijala. Koncentracija naprezanja na površini vijka smanjit će njegovu površinsku čvrstoću. Kada je podvrgnut izmjeničnim dinamičkim opterećenjima, proces mikrodeformacije i oporavka nastavit će se odvijati na dijelu usjeka s koncentracijom naprezanja, a naprezanje koje prima puno je veće od onog dijela bez koncentracije naprezanja, tako da je lako dovesti do stvaranja zamornih pukotina.
3. Utjecaj dekarburizacije na zamornu čvrstoću
Dekarburizacija površine vijka će smanjiti površinsku tvrdoću i otpornost na trošenje vijka nakon kaljenja, te značajno smanjiti čvrstoću vijka na zamor. U standardu GB/T3098.1 postoji test dekarburizacije za performanse vijka, a navedena je maksimalna dubina dekarburizacije. Velik broj literatura pokazuje da zbog nepravilne toplinske obrade dolazi do razugljičenja površine vijka i smanjenja kvalitete površine, a time i do smanjenja čvrstoće na zamor. Pri analizi uzroka loma vijaka visoke čvrstoće u 42CrMoA vjetroturbinama, utvrđeno je da postoji sloj dekarburizacije na spoju glave i šipke. Fe3C može reagirati s O2, H2O i H2 na visokoj temperaturi, što rezultira redukcijom Fe3C unutar materijala vijka, čime se povećava feritna faza materijala vijka, smanjuje čvrstoća materijala vijka i lako uzrokuje mikropukotine. Kontrola temperature grijanja u procesu toplinske obrade i korištenje kontrolirane atmosfere za zaštitu grijanja može dobro riješiti ovaj problem.
Spojni elementi poboljšavaju mikrostrukturu toplinskom obradom i kaljenjem i imaju izvrsna sveobuhvatna mehanička svojstva, koja mogu poboljšati čvrstoću materijala vijaka na zamor, razumno kontrolirati veličinu zrna kako bi se osigurala energija udarca pri niskim temperaturama, a također se može postići visoka udarna žilavost. Razumna toplinska obrada pročišćava zrna i skraćuje udaljenost granica zrna kako bi se spriječila pojava pukotina uslijed zamora. Ako postoji određena količina brkova ili sekundarnih čestica unutar materijala, ove dodane faze mogu u određenoj mjeri spriječiti klizanje rezidenata. Klizanje remena sprječava nastanak i širenje mikropukotina.
Toplinska obrada ima veliki utjecaj na zamornu čvrstoću materijala vijaka. Tijekom procesa toplinske obrade, postupak toplinske obrade treba odrediti prema izvedbi vijka. Stvaranje početnih zamornih pukotina uzrokovano je koncentracijom naprezanja uzrokovanom greškama u mikrostrukturi materijala vijka. Toplinska obrada je metoda za optimizaciju strukture spojnih elemenata, koja može poboljšati performanse zamora materijala vijaka do određene mjere i produžiti vijek trajanja proizvoda. Dugoročno, može uštedjeti resurse i uskladiti se sa strategijom održivog razvoja.
