yorulma mukavemetiyüksek mukavemetli cıvatalarher zaman önemli bir konu olmuştur. Veriler, yüksek mukavemetli cıvatalardaki arızaların çoğunun yorulma hasarından kaynaklandığını ve cıvata yorulma hasarına dair neredeyse hiçbir işaret olmadığını, bu nedenle yorulma hasarı oluştuğunda büyük kazaların meydana gelmesinin muhtemel olduğunu göstermektedir.
Peki, ısıl işlem bağlantı elemanlarının performansını artırabilir mi? Yorulma mukavemetini ne kadar artırabilir? Yüksek mukavemetli cıvataların artan kullanım gereklilikleri göz önüne alındığında, ısıl işlem yoluyla cıvata malzemelerinin yorulma mukavemetini iyileştirmek daha da önemlidir.
1. Yüksek mukavemetli malzeme yorulma çatlaklarıcıvata:
Yorulma çatlaklarının ilk başladığı yere yorulma kaynağı denir. Yorulma kaynağı, cıvataların mikro yapısına karşı çok hassastır ve çok küçük ölçekte yorulma çatlaklarını başlatabilir. Genel olarak 3 ila 5 tane boyutu içinde, cıvata yüzeyinin kalitesi yorgunluğun ana kaynağıdır ve yorgunluğun çoğu cıvatanın yüzeyinden veya yüzeyinden başlar. Cıvata malzemesi kristalindeki çok sayıda dislokasyon ve bazı alaşım elementleri veya safsızlıklar ve tane sınırı mukavemetindeki farklılıklar, bu faktörler yorulma çatlağının başlamasına neden olabilir. Çalışmalar, yorulma çatlaklarının, tümü malzemelerin karmaşık ve değişken mikro yapısıyla ilgili olan tane sınırlarında, yüzey kapanımlarında veya ikinci faz partiküllerinde ve boşluklarda meydana gelme eğiliminde olduğunu göstermiştir. Isıl işlemden sonra mikro yapı geliştirilebilirse, cıvata malzemesinin yorulma mukavemeti bir dereceye kadar iyileştirilebilir.
2. Isıl işlemin yorulma dayanımına etkisi
Cıvataların yorulma dayanımı analiz edildiğinde, cıvataların statik yük taşıma kapasitesinin iyileştirilmesinin sertliğin artırılmasıyla sağlanabileceği, ancak yorulma dayanımının iyileştirilmesinin sertliğin artırılmasıyla sağlanamayacağı bulunmuştur. Cıvatanın çentik gerilimi büyük bir gerilim konsantrasyonuna neden olacağından, örneğin stres konsantrasyonu olmadan sertliğini artırmak, yorulma mukavemetini artırabilir. Sertlik, metal malzemelerin yumuşaklığını ve sertliğini ölçmek için bir indekstir ve malzemelerin kendisinden daha sert nesnelerin girmesine karşı direnç gösterme yeteneğidir. Sertlik seviyesi aynı zamanda metal malzemelerin mukavemetini ve plastisitesini de yansıtır. Cıvatanın yüzeyindeki stres konsantrasyonu, yüzey mukavemetini azaltacaktır. Değişen dinamik yüklere maruz kaldığında, çentiğin gerilim yoğunlaşma kısmında mikro-deformasyon ve toparlanma süreci oluşmaya devam edecek ve aldığı gerilim, gerilim yoğunlaşması olmayan parçanınkinden çok daha fazladır, bu nedenle kolay yorulma çatlaklarının oluşmasına neden olur.
3. Dekarbürizasyonun yorulma mukavemeti üzerindeki etkisi
Cıvata yüzeyinin dekarbürizasyonu, su verme işleminden sonra cıvatanın yüzey sertliğini ve aşınma direncini azaltacak ve cıvatanın yorulma mukavemetini önemli ölçüde azaltacaktır. GB/T3098.1 standardında cıvata performansı için bir dekarbürizasyon testi vardır ve maksimum dekarbürizasyon derinliği belirtilir. Çok sayıda literatür, uygun olmayan ısıl işlem nedeniyle cıvata yüzeyinin karbonsuzlaştığını ve yüzey kalitesinin düştüğünü, dolayısıyla yorulma dayanımının azaldığını göstermektedir. 42CrMoA rüzgar türbinlerinde yüksek dayanımlı cıvataların kırılma arızasının nedeni analiz edildiğinde, kafa ve çubuğun birleştiği yerde bir dekarbürizasyon tabakası olduğu bulunmuştur. Fe3C, yüksek sıcaklıkta O2, H2O ve H2 ile reaksiyona girerek cıvata malzemesi içindeki Fe3C'nin azalmasına, dolayısıyla cıvata malzemesinin ferrit fazının artmasına, cıvata malzemesinin mukavemetinin düşmesine ve kolayca mikro çatlaklara neden olabilir. Isıl işlem sürecinde ısıtma sıcaklığını kontrol etmek ve ısıtmayı korumak için kontrollü bir atmosfer kullanmak bu sorunu iyi bir şekilde çözebilir.
Bağlantı elemanları, ısıl işlem ve tavlama yoluyla mikro yapıyı iyileştirir ve cıvata malzemelerinin yorulma mukavemetini artırabilen, düşük sıcaklıkta darbe enerjisi sağlamak için tane boyutunu makul bir şekilde kontrol edebilen ve ayrıca yüksek darbe tokluğu elde edebilen mükemmel kapsamlı mekanik özelliklere sahiptir. Makul ısıl işlem, taneleri inceltir ve yorulma çatlaklarının oluşmasını önlemek için tane sınır mesafesini kısaltır. Malzemenin içerisinde belirli miktarda bıyık veya ikinci parçacık varsa eklenen bu fazlar, yerleşik kaymayı bir ölçüde engelleyebilmektedir. Kayışın kayması, mikro çatlakların başlamasını ve yayılmasını engeller.
Isıl işlem, cıvata malzemelerinin yorulma mukavemeti üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Isıl işlem sürecinde cıvatanın performansına göre ısıl işlem süreci belirlenmelidir. İlk yorulma çatlaklarının oluşumu, cıvata malzemesinin mikro yapısındaki kusurların neden olduğu stres konsantrasyonundan kaynaklanır. Isıl işlem, cıvata malzemelerinin yorulma performansını bir dereceye kadar artırabilen ve ürünlerin ömrünü iyileştirebilen bağlantı elemanlarının yapısını optimize etmek için bir yöntemdir. Uzun vadede kaynakları koruyabilir ve sürdürülebilir kalkınma stratejisine uyum sağlayabilir.
