疲勞斷裂是螺紋類緊固連接的常見時效模式之一。一般螺栓連接的疲勞斷裂發(fā)生在交變載荷力的作用下，特別是在交變載荷幅值高和頻次高的環(huán)境中，螺栓連接更易發(fā)生疲勞失效。這些螺栓連接點往往都會涉及到安全和性能，且螺栓的疲勞斷裂沒有任何的先兆，即使是塑性較好的材料，斷裂前卻沒有明顯的塑性變形，發(fā)生破壞后一般都會帶來比較嚴重的后果。下面由百德小編通過資料收集以及實踐來幫助你更好的預防螺栓連接疲勞失效。

　　一、了解螺栓疲勞失效具有的一系列特征

　　螺栓疲勞失效的原因，現(xiàn)今比較一致的解釋是：由于連接構件外部形狀尺寸的突變以及材料的不均勻等原因，使連接構件某些局部的應力特別高。在長期的交變應力作用下，應力較高的點，材料有缺陷的點，逐步形成非常細微的裂紋。裂紋尖端材料處于三向拉伸應力狀態(tài)，比單向拉伸更不易出現(xiàn)塑性變形，愈加速裂紋的擴展。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，連接構件就會沿著削弱了強度的截面發(fā)生突然脆性疲勞斷裂。

　　疲勞失效發(fā)生的4個過程：1、疲勞源的產生；2、裂紋緩慢擴展；3、裂紋快速擴展；4、最終瞬間斷裂。

　　二、影響螺栓疲勞失效的相關因素

　　螺栓的疲勞和一般疲勞一樣，存在5個必要條件：①交變工作載荷；②高于疲勞極限的應力副；③疲勞源；④環(huán)境介質；⑤材料的敏感性。螺栓連接失效可從這5個方面進行預防和分析。

　　1、交變工作載荷

　　外部的交變載荷，不管是周向的外載荷還是彎矩，都會讓已經(jīng)預緊的螺栓產生交變應力變化。如在普通螺栓結構中，螺柱部分的直徑往往比螺紋小徑/牙底徑（d1）大，是橫截面產生突然變化，引起局部的應力集中。根據(jù)實踐統(tǒng)計，螺母同螺紋部分連接處損壞率為65%，螺紋同螺栓過渡部位占20%，栓桿R頭與柱體部位占15%。

　　2、螺栓疲勞極限

　　對于螺栓的疲勞極限，也可以通過試驗的方式，得到S-N曲線。當螺栓的應力幅小于螺栓的疲勞極限時，將永遠不會發(fā)生疲勞失效。對于螺栓的疲勞極限，可以查閱VDI2230《第一部分高強度螺栓連接的系統(tǒng)計算》給出的一般應力幅計算公式。確定好螺栓的疲勞應力極限，就可以為設計預防和疲勞失效分析提供評判依據(jù)。

　　3、疲勞源

　　螺栓表面初始微裂紋有助于疲勞源的形成，螺栓本身就是表面應力復雜的零件。在加工螺栓時，由于加工刀模具的刻痕根部引起的應力集中，會使螺栓產品疲勞使之強度降低。表面的缺陷，如劃傷、折疊、脫碳、熱處理產生的微裂紋等都會誘發(fā)螺栓的疲勞失效。這些比較嚴重的缺陷當然是不允許。從嚴格意義上來說，螺栓表面的粗糙度也可以算是微裂紋。質量再好的螺栓疲勞源也是無法杜絕的。因此，剛才的強度愈高，愈要合理加工，使其具有足夠的表面粗糙度，以充分發(fā)揮高強度鋼的作用，而采用表面處理及強化工藝，如滲碳、滲氮、高頻淬火、滾壓和噴丸等處理都能顯著提高螺栓的疲勞強度。

　　4、環(huán)境介質

　　環(huán)境對于螺栓連接的疲勞強度也有很大的影響。這里主要考慮腐蝕性介質和溫度對其的影響。在腐蝕環(huán)境的作用下，材料的疲勞強度明顯降低，材料的疲勞壽命顯著縮短。這一方面與疲勞裂紋常從局部的腐蝕坑有關，在另一方面腐蝕環(huán)境常促進新表面的形成，裂紋易于形成和擴展。螺栓類緊固件受腐蝕介質的影響，便會造成表面材料的腐蝕和變質，從而成為裂紋源，在持久的應力作用下必然會出現(xiàn)疲勞失效的現(xiàn)象。腐蝕環(huán)境下的高強度螺栓，疲勞極限會降低。除了受交變應力的作用外，螺栓連接本身的工作壽命也是一個重要因素。預防腐蝕疲勞的方式主要是增強其疲勞強度。常見的方法有：采用不銹鋼和鈦合金等耐腐蝕高的材料。其次，在螺栓連接表面通過氧化、涂覆或鍍層、噴塑等方法加上一層保護膜，也可以提高螺栓連接的疲勞極限。

　　溫度也會影響螺栓連接的疲勞強度，溫度升高，一般可使材料的疲勞性能下降，但使應力集中的影響減小。有些材料如碳素結構鋼的疲勞強度具有自我的調節(jié)能力，能夠根據(jù)溫度的變化而不算地改變疲勞極限。因此，耐熱鋼的螺栓連接應該得到廣泛的推廣，江蘇百德特種合金專注耐熱鋼10年，技術先進完善，生產設備齊全，一直在行業(yè)中處于領先地位。

　　5、材料的敏感性

　　螺栓的材料和形狀對疲勞失效也有較大的影響，韌而硬的材料有助于抗疲勞。對螺栓進行十一的熱處理顯得非常關鍵。相同材料，熱處理制度不同，疲勞性能也就完全不同。

　　三、結束語

　　綜合分析的5點因素中，是否超過螺栓的疲勞應力極限成為判斷螺栓疲勞失效與否的關鍵。交變外載荷是螺栓產生交變應力幅的動因，產生應力幅的大小還與連接件的結構、緊固點的布置方式，螺栓預緊力的大小等有關。所以，通過合理的緊固連接設計，有效地降低螺栓上的應力幅，可以從設計上避免疲勞失效的發(fā)生。

　　當然，通過改進制造工藝，提高螺栓的疲勞應力極限，也算是一種方案，如先熱處理后搓絲，或通過特殊形狀的螺栓設計，讓應力集中在螺栓的光桿部分等，預防螺栓疲勞失效的措施，引起螺栓疲勞失效，最主要的原因就是螺栓上較高的應力幅：1、夾緊力不夠；2、不合理的連接設計；3、合理的金古典布置方式，此文暫不考慮。

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