高强螺栓疲劳性能影响因素 紧固件疲劳性能测试机构

随着高强度螺栓的应用场合越来越多，对其性能要求也越来越高。由于疲劳性能能够全面评价高强度螺栓的制造水平，发现高强度螺栓从结构到工艺等各个环节中存在的缺陷，本文参考卢海波等[1]对结构和工艺因素对高强度螺栓疲劳性能的影响试验研究，结合检测标准与实践经验进行探讨。

1、硬度变化的影响

试验结果表明硬度差异不大时,疲劳强度差异亦不大。

2、再回火与去应力退火的影响

试验结果表明将螺栓分别进行再回火和去应力退火后，比较发现试样的疲劳强度平均值均下降，且螺栓的疲劳强度下降。对于先热处理后滚丝的高强度螺栓，为保证其优良的疲劳性能，在滚丝之后不允许回火或去应力退火，否则其疲劳性能将产生大幅度下降。原因可能是较高的温度改变了滚压螺纹表面有利的残余压应力条件。

3、表面脱碳的影响

试验结果表明对比有无表面脱碳情况下螺栓的疲劳强度，得出无表面脱碳时螺栓的疲劳强度比有表面脱碳时螺栓的疲劳强度平均值高。说明存在表面脱碳情况下螺栓的疲劳强度下降。

4、滚丝／磷化先后顺序的影响

通常情况下，螺栓表面磷化处理是为了防锈及稳定装配时的摩擦。磷化处理也可起到减磨作用，在滚丝过程中降低滚丝轮螺纹和螺栓螺纹之间的摩擦力，这对滚丝后螺栓螺纹上的应力分布及降低螺纹表面粗糙度都将产生积极作用。试验结果表明先磷化后滚丝螺栓的疲劳强度平均值比先滚丝后磷化螺栓的疲劳强度平均值高，先滚丝后磷化螺栓比先磷化后滚丝螺栓的疲劳强度低。主要原因可能是磷化膜在滚丝过程中起到了减磨作用，从而改善了滚丝后螺栓螺纹上的应力分布，提高了螺纹表面光洁度。在滚丝时施加润滑油也可能起到减磨的作用。

5、头下圆角粗糙度的影响

试验结果表明粗糙度大的螺栓试样的疲劳强度平均值为比粗糙度小的螺栓试样的疲劳强度平均值低，再将螺栓头下圆角表面粗糙度降低，其疲劳强度平均值提高。

6、滚丝轮螺纹牙形的影响

滚丝轮螺纹牙形对于螺栓的疲劳性能有着重要影响。当滚丝轮螺纹牙顶圆弧过渡不平滑，或半径过小时，滚丝过程中就会产生局部过大的挤压力，滚丝过程完成后将在螺栓的螺纹沟底形成不良的应力分布，严重时会因为压力过大而形成局部微裂纹，这对螺栓的疲劳性能以及滚丝轮的使用寿命都将产生不良影响。

疲劳性能要求高的螺栓和相应滚丝轮螺纹牙形的设计应参照MJ螺纹的要求。该螺纹与普通螺纹的差别主要在于规定了螺纹沟底圆弧半径不同。对于一定规格的具体螺栓，其沟底圆弧半径可控制在某一更窄的范围内。试验结果表明采用普通螺纹滚丝轮滚丝时，其疲劳强度平均值比采用MJ螺纹滚丝轮滚丝后 疲劳强度平均值低。说明普通螺纹改为MJ螺纹后，螺栓的疲劳强度平均值提高。

7、头下圆角过渡形式的影响

为了提高螺栓的整体疲劳性能，螺栓头下过渡圆角的疲劳强度应设计得与螺纹疲劳强度相当。通常情况下，对于仅有一段圆弧的过渡圆角，由于被联接件通孔的限制，该圆弧的半径只能设计得较小，应力集中系数较大，螺栓的疲劳破坏通常在该处发生。为了克服一段圆弧过渡时圆弧半径较小的缺点，通常采用两段圆弧过渡，两段圆弧的半径一大一小，两段圆弧之间平滑过渡，且半径较小的圆弧与螺栓头下支承面相切，半径较大的圆弧与光杆部分相切。两段圆弧的具体设计可采用有限元分析或其他方法确定。如果螺纹的疲劳强度较高（如采用MJ螺纹），圆弧半径则应相应加大。两段圆弧过渡尤其适合于高强度细杆螺栓。针对在疲劳试验时失效部位全部为头下过渡圆角情况 ，试验表明将该螺栓的头下圆角改为两段圆弧过渡之后，头下过渡圆角处疲劳失效的现象得以消除 ， 螺栓的整体疲劳强度得以大幅提高。

参考文献

[1]卢海波等.材料、结构和工艺因素对高强度螺栓疲劳性能的影响试验研究[J].汽车科技，2013-3：31～33.