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熱處理是提升高強度螺栓綜合性能的重中之重
發(fā)表時間:2018-11-14 16:40:57

【中緊網(wǎng)】長期以來,我國高強度螺栓存在壽命短、可靠性差和結(jié)構(gòu)重等三大問題。三大問題嚴重制約高端機械裝備發(fā)展和安全服役。高強度螺栓決定了高端機械裝備主要連接功能,體現(xiàn)機械裝備壽命、可靠性與經(jīng)濟可承受能力,熱處理是高強度螺栓的核心,即搞好高強度螺栓熱處理是提高螺栓綜合性能重中之重。

1、高強度螺栓的主要失效模式是疲勞

疲勞是一種在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變的重復(fù)作用下,螺栓一處或幾處發(fā)生開裂或斷裂的失效形式。疲勞是一個機械損傷累積、延時失效的過程。疲勞包括裂紋萌生和裂紋擴展兩個過程,在低于材料的屈服強度下發(fā)生,在無明顯變形下突然失效。所以,與其它失效形式相比,疲勞是一類最危險的失效形式。

通常,車輛上的連接螺栓為拉-拉疲勞失效。例如,風力發(fā)電機組服役環(huán)境復(fù)雜而惡劣,既承受動載荷沖擊又承受腐蝕環(huán)境,所用連接螺栓疲勞斷裂高達85%,高強度螺栓的主要失效模式是疲勞。

2、高強度螺栓“三大問題”源自應(yīng)力集中敏感

高強度螺栓普遍選用高強度低合金鋼、超高強度鋼和高溫合金制造。隨著高端機械裝備發(fā)展,高強度螺栓用的合金強度還會不斷提高。高強度材料具有高疲勞強度,其重量輕、體積小、長壽命、高可靠。但高強度材料的突出弱點是疲勞強度對應(yīng)力集中度敏感。

大量的高強度螺栓疲勞失效分析結(jié)果表明,80%以上的疲勞失效源自表面損傷、頭桿交接處脫碳、螺紋加工有明顯的細小裂縫或切削加工刀痕不連續(xù)處和表面腐蝕物、淬火組織不均勻,因為那兒應(yīng)力集中度高。

3、高強度螺栓制造的機遇與挑戰(zhàn)

高端機械裝備給高強度螺栓制造帶來前所未有的發(fā)展機遇。不解決“三大問題”便很難達到預(yù)期目標,更難說達到國際先進水平。解決“三大問題”需要解決三個層次的問題:一是自主知識產(chǎn)權(quán);二是經(jīng)濟可承受性;三是長壽命、高可靠性、結(jié)構(gòu)減重技術(shù)。

首先,要轉(zhuǎn)變觀念,要認清時空,我國要發(fā)展高端機械制造,掌握關(guān)鍵技術(shù)和提升核心競爭力,摒棄那些變換華麗辭藻的忽悠,甘當發(fā)達國家技術(shù)的二傳手、市場換技術(shù)等錯誤觀念,從以往“引進、仿制-落后,再引進、仿制…”,粘貼、復(fù)制、山寨版產(chǎn)品中解放出來,加快發(fā)展緊固件熱處理刻不容緩。

其次,要充分認識解決“三大問題”,實現(xiàn)高強度螺栓長壽命、高可靠、結(jié)構(gòu)減重是一場革命:①從高強度螺栓“成形”制造轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛊谥圃斓募夹g(shù)革命;②從解決“有無”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)鍵高強度螺栓支持高端機械制造可持續(xù)發(fā)展的理念革命;③從指標最終檢驗轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程控制的管理革命;④從低技術(shù)、被動轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒夹g(shù)、主動的從業(yè)人員素質(zhì)革命;⑤從廉價勞動力、濫用環(huán)境和資源轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又、人性化、低排放、綠色環(huán)保的環(huán)境革命等。

4、熱處理賦予緊固件材料極限性能

加快熱處理發(fā)展應(yīng)成為我國的國家戰(zhàn)略。在國際環(huán)境發(fā)生重大變化的形勢下,從我國熱處理的現(xiàn)狀和存在的問題出發(fā),加快發(fā)展緊固件熱處理的必要性、緊迫性和重要性,已異常突出地提到我們面前。

“熱處理”是采用加熱與冷卻方法控制相變,微觀結(jié)構(gòu)、殘余應(yīng)力場,賦予材料極限性能和高強度螺栓極限服役性能的技術(shù)。它既是一門理論性很強的科學(xué),又是一類實踐性很強的技術(shù)。實踐性很強說的是先進熱處理工藝隨著材料和高強度螺栓千變?nèi)f化,而且不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展、不斷進步?梢钥吹,沒有哪個材料可以離開熱處理,沒有哪個高強度螺栓不依賴熱處理。需要特別指出熱處理是當今賦予材料極限性能,賦予高強度螺栓極限服役性能的僅有的兩種技術(shù)之一。

熱處理與制坯技術(shù)、切削技術(shù)不同。冷鐓制坯、鍛造制坯、鑄造制坯和焊接制坯可以制出一定形狀和大尺寸的坯件,十分顯眼。切削加工可以制出各種精密、美觀的高精度螺栓,極為露眼。而熱處理技術(shù)是緊固件制造的“內(nèi)科學(xué)”, 賦予高強度螺栓的是性能,既不顯山,也不露水。為此,盡管熱處理在高強度螺栓的經(jīng)濟可承受性鏈條中高出其它技術(shù)價值很多倍,但卻不被重視。盡管熱處理賦予材料極限性能,賦予高強度螺栓極限服役性能,但被邊緣化、附屬化了。在形式主義、急功近利的踐踏下,熱處理這一材料、高強度螺栓、高端機械裝備的核心技術(shù),被排斥在國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)之外,得不到重點研究支持;且專業(yè)教育蛻化、專業(yè)人員的流失、匱乏,技術(shù)落后再落后,與國外先進水平的差距拉大再拉大。毫不夸張地說,熱處理被邊緣化、附屬化,是我國高端機械裝備、高強度螺栓“三大問題”的重要原因,也是我國緊固件處于中低端制造和競爭弱勢的重要原因。

5、熱處理技術(shù)促進高強度螺栓的發(fā)展

先進制造技術(shù)是先進高強度螺栓發(fā)展的技術(shù)支撐,熱處理技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分,對高強度螺栓、高端機械裝備的發(fā)展有著十分重要的作用。眾所周知,沒有“成分”不成為材料,沒有“熱處理”同樣不成為材料。但傳統(tǒng)習(xí)慣中常常認識了“成分”的重要性,卻不認識熱處理的重要作用和地位。



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