Các ốc vít có độ bền cực-cao{1}}có thể giảm trọng lượng và tăng không gian lắp đặt bằng cách giảm kích thước của chúng dưới cùng một lực kẹp, do đó, chức năng và khối lượng của các bộ phận được kết nối có thể được tối ưu hóa để thiết bị có thể đạt được mục đích giảm trọng lượng tổng thể và tối ưu hóa hiệu suất.
Vậy bu lông có độ bền-cao là gì? Điểm mạnh của bu lông{1}}cường độ cao là gì? Hãy để tôi chỉ cho bạn ngày hôm nay.
Vào ngày 28 tháng 11 năm 2021, nhóm vật liệu thép hiệu suất cao- do Giáo sư Dong Han từ Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Đại học Thượng Hải, Công ty TNHH Đúc Hà Bắc Longfengshan, Công ty TNHH Công nghệ Chính xác Qifeng, Nhà máy Chu San 7412, Viện Nghiên cứu Công nghệ Luyện kim Giang Tô, Đại học Thượng Hải (Chiết Giang){8}}Viện nghiên cứu Vật liệu Vật liệu Bộ phận Cơ bản Cơ bản, Viện Nghiên cứu Vật liệu Mới (Taizhou) của Đại học Thượng Hải và bảy người khác các đơn vị, sau hơn một năm nghiên cứu chung, thông qua sự hợp tác toàn bộ chuỗi ngành "sản xuất vật liệu-sản xuất dây buộc{10}}, dựa trên-lý thuyết hiệu suất cao của vật liệu thép, sử dụng nguyên liệu sắt{{12}có độ tinh khiết cao do Longfengshan Casting sản xuất, đã phát triển thành công thép B17.8 và B19.8 cho ốc vít có độ bền-cực cao, tạo thành 16.8 và Công nghệ sản xuất dây buộc loại 19,8.
Ốc vít cấp 16,8 và 19,8
1
Bu lông cường độ cao{0}}là gì?
Bu-lông cường độ-cao (Bu-lông kẹp ma sát cường độ cao-), bản dịch theo nghĩa đen tiếng Anh: bu-lông ma sát cường độ cao-, viết tắt tiếng Anh: HSFG. Có thể thấy rằng những chiếc bu lông có độ bền-cao mà chúng tôi đề cập đến trong công trình xây dựng của Trung Quốc là viết tắt của những chiếc bu lông có độ-ma sát cường độ cao trước{6}}siết chặt. Trong giao tiếp hàng ngày, hai từ "ma sát" và "độ bám" được viết tắt đơn giản nhưng nhiều nhân viên kỹ thuật và kỹ thuật hiểu sai định nghĩa cơ bản về bu lông có độ bền cao.
Hiểu lầm 1:
Bu lông có cấp vật liệu vượt quá 8,8 có phải là "bu lông có độ bền cao" không?
Sự khác biệt cốt lõi giữa bu lông có độ bền-cao và bu lông thông thường không phải là độ bền của vật liệu được sử dụng mà là dạng lực. Điều cốt yếu là có nên tác dụng lực-siết trước và sử dụng ma sát tĩnh để chống cắt hay không.
Trên thực tế, trong tiêu chuẩn của Anh và tiêu chuẩn của Mỹ, bu lông cường độ-cao (HSFG BOLT) được đề cập trong thông số kỹ thuật chỉ có hai loại: 8.8 và 10.9 (BS EN 14399 / ASTM-A325 & ASTM-490), trong khi các bu lông thông thường bao gồm 4.6, 5.6, 8.8, 10.9, 12.9, v.v. (BS 3692 11 Bảng 2); Có thể thấy độ bền của vật liệu không phải là yếu tố then chốt để phân biệt bu lông cường độ cao với bu lông thông thường.
2
Sức mạnh của bu lông{0}}cường độ cao ở đâu?
Theo GB50017, hãy tính độ bền kéo và độ bền cắt của một bu lông thông thường (Loại B) 8.8 và một bu lông-cường độ cao 8.8.
Qua tính toán, chúng ta có thể thấy rằng trong cùng một cấp độ, giá trị thiết kế về độ bền kéo và độ bền cắt của bu lông thông thường cao hơn so với bu lông cường độ{0}}cao.
Vậy "sức mạnh" của bu lông{0}}cường độ cao ở đâu?
Để trả lời câu hỏi này, chúng ta phải bắt đầu từ trạng thái làm việc thiết kế của hai bu lông, nghiên cứu quy luật biến dạng dẻo-đàn hồi của chúng và hiểu trạng thái giới hạn khi thiết kế bị phá hủy.
Đường cong ứng suất-biến dạng của bu lông thông thường và bu lông có độ bền-cao trong điều kiện làm việc
Trạng thái giới hạn khi thiết kế bị phá hủy
Bu lông thông thường: Bản thân thanh vít trải qua biến dạng dẻo vượt quá mức cho phép thiết kế và thanh vít bị cắt.
Trong các kết nối bu lông thông thường, sự trượt tương đối sẽ xảy ra giữa các tấm kết nối trước khi lực cắt bắt đầu sinh ra, sau đó thanh bu lông và tấm kết nối sẽ tiếp xúc, sẽ xảy ra biến dạng dẻo đàn hồi và lực cắt sẽ sinh ra.
Bu lông có độ bền-cao: Ma sát tĩnh giữa các bề mặt ma sát hiệu dụng được khắc phục và hai tấm thép trải qua sự dịch chuyển tương đối, được coi là bị phá hủy khi xem xét thiết kế.
Trong các mối nối bu lông có độ bền- cao, ma sát trước tiên chịu lực cắt. Khi tải trọng tăng đến mức lực ma sát không đủ để chống lại lực cắt thì lực ma sát tĩnh bị khắc phục và bản nối bị trượt tương đối (trạng thái giới hạn). Tuy nhiên, mặc dù lúc này nó đã bị phá hủy nhưng thanh bu lông vẫn tiếp xúc với tấm kết nối và nó vẫn có thể sử dụng biến dạng dẻo đàn hồi-của chính mình để chịu được lực cắt.
Quan niệm sai lầm 2:
Khả năng chịu lực cao có nghĩa là bu lông có độ bền- cao?
Từ tính toán của một bu lông đơn lẻ, có thể thấy rằng cường độ thiết kế của bu lông cường độ cao khi chịu kéo và cắt thấp hơn so với bu lông thông thường. Về cơ bản, độ bền cao của nó là: trong quá trình hoạt động bình thường, không được phép trượt tương đối tại nút, nghĩa là biến dạng dẻo đàn hồi nhỏ- và độ cứng của nút lớn.
Có thể thấy rằng dưới tải trọng nút thiết kế nhất định, các nút được thiết kế bằng bu lông có độ bền{0} cao không nhất thiết phải tiết kiệm số lượng bu lông được sử dụng nhưng chúng có biến dạng nhỏ, độ cứng cao và mức dự trữ an toàn cao. Bu lông cường độ-cao phù hợp với dầm chính và các vị trí khác yêu cầu độ cứng nút lớn, tuân thủ nguyên tắc thiết kế kháng chấn cơ bản là "nút mạnh, thanh yếu".
Độ bền của bu lông-cường độ cao không nằm ở giá trị khả năng chịu lực theo thiết kế của chúng mà nằm ở độ cứng lớn của các nút thiết kế, hiệu suất an toàn cao và khả năng-chống phá hủy mạnh mẽ.
3
So sánh giữa bu lông cường độ-cao và bu lông thông thường
Bu lông thông thường và bu lông cường độ-cao có sự khác biệt lớn về phương pháp kiểm tra xây dựng do nguyên tắc lực thiết kế khác nhau.
Yêu cầu về hiệu suất cơ học của bu lông thông thường cùng loại cao hơn một chút so với yêu cầu của bu lông-cường độ cao, nhưng bu lông-cường độ cao có yêu cầu về khả năng chấp nhận năng lượng va chạm nhiều hơn so với bu lông thông thường.
Việc đánh dấu bu lông thông thường và bu lông có độ bền-cao là phương pháp cơ bản để-nhận dạng tại chỗ các bu lông cùng loại. Do các giá trị để tính giá trị mô-men xoắn của bu lông cường độ-cao theo tiêu chuẩn của Anh và Mỹ là khác nhau nên cũng cần phải xác định bu lông của hai tiêu chuẩn.
Bu lông cường độ-cao: (M24, L60, cấp 8.8)
Bu lông thông thường: (M24, L60, cấp 8.8)
Có thể thấy giá bu lông thông thường chỉ bằng khoảng 70% giá bu lông có độ bền-cao. Kết hợp với việc so sánh các yêu cầu chấp nhận của chúng, có thể kết luận rằng phần cao cấp phải đảm bảo hiệu suất năng lượng va đập (độ dẻo dai) của vật liệu.
4
Làm thế nào để cải thiện độ bền mỏi của bu lông
Bất kể tải trọng phức tạp nào xảy ra, dạng hư hỏng phổ biến của bu lông có độ bền-cao là hư hỏng do mỏi. Ngay từ năm 1980, các chuyên gia đã nghiên cứu 200 trường hợp hỏng kết nối bu lông, trong đó hơn 50% là do mỏi. Việc cải thiện khả năng chống mỏi của bu lông có độ bền-cao là rất quan trọng.
Gãy mỏi bu lông có các đặc điểm sau:
1. Ứng suất tối đa của gãy mỏi thấp hơn nhiều so với giới hạn cường độ của vật liệu dưới ứng suất tĩnh và thậm chí thấp hơn giới hạn chảy.
2. Các vết nứt do mỏi đều là những vết nứt giòn mà không có biến dạng dẻo rõ ràng.
3. Gãy xương do mỏi là kết quả của sự tích tụ tổn thương vi mô ở một mức độ nhất định.
Đối với bu lông, dạng hư hỏng chủ yếu là biến dạng dẻo của phần ren và gãy mỏi của vít, trong đó:
65% hư hỏng xảy ra ở ren đầu tiên nối với đai ốc;
20% hư hỏng xảy ra ở điểm chuyển tiếp giữa ren và thanh trần;
15% hư hỏng xảy ra ở bán kính chuyển tiếp giữa đầu bu lông và vít.
01
Tối ưu hóa thiết kế để giảm sự tập trung căng thẳng
Kiểm soát chặt chẽ kích thước đầu bu lông để loại bỏ sự tập trung ứng suất:
Một. Sử dụng bán kính chuyển tiếp lớn hơn;
b. Cắt một rãnh phù điêu;
c. Cắt rãnh cắt phía sau ở cuối sợi;
d. Tối ưu hóa góc nghiêng đầu bu lông cũng có thể làm giảm sự tập trung ứng suất một cách hiệu quả;
đ. Sử dụng các sợi gia cố.
Sự khác biệt chính giữa ren gia cố và ren thông thường là đường kính phụ d1 và góc chuyển tiếp gốc R của ren ngoài.
Đặc điểm chính của ren gia cố là đường kính phụ d1 lớn hơn ren thông thường, bán kính phi lê chuyển tiếp gốc tăng, R tăng, nồng độ ứng suất của bu lông giảm và có các yêu cầu cụ thể đối với R: R+=0.18042P, Rmin=0.15011P, trong đó P là bước, trong khi ren thông thường không có yêu cầu như vậy và thậm chí có thể là tiết diện thẳng.
02
Cải tiến quy trình sản xuất
Tăng cường kiểm soát quá trình xử lý nhiệt và xử lý bề mặt trong quá trình sản xuất bu lông có thể cải thiện hiệu quả độ mỏi của bu lông.
Một. Xử lý nhiệt Các bu lông đầu tiên được xử lý nhiệt và sau đó được cán, tạo ra ứng suất nén dư lớn bên trong bu lông, do đó làm chậm quá trình hình thành và phát triển các vết nứt, từ đó cải thiện độ bền mỏi của bu lông.
Trong quá trình xử lý nhiệt, cũng cần ngăn chặn quá trình khử cacbon và so sánh độ bền mỏi của bu lông có và không có quá trình khử cacbon bề mặt.
Do carbon bị oxy hóa trong lớp khử cacbon nên lượng xi măng trong cấu trúc kim loại ít hơn trong cấu trúc bình thường, do đó độ bền hoặc độ cứng trong tính chất cơ học của nó thấp hơn trong cấu trúc bình thường.
Thông thường, độ bền mỏi của bu lông giảm 19,8% khi có quá trình khử cacbon trên bề mặt.
b. Phốt phát Việc xử lý phốt phát trên bề mặt bu lông là để chống gỉ và ổn định ma sát trong quá trình lắp ráp, nhưng việc xử lý phốt phát cũng có thể làm giảm mài mòn.
Việc giảm ma sát giữa ren bánh xe lăn và ren vít trong quá trình cán ren sẽ có tác dụng tích cực đến sự phân bố ứng suất lên ren bu lông sau khi cán ren và giảm độ nhám bề mặt của ren.
03
Cài đặt tải trước phù hợp
Lực kéo của vít của kết nối bu lông thông thường chủ yếu được sinh ra bởi ren chịu ứng suất ba răng-ở phía trước.
Khi tải trước ban đầu đủ lớn, một phần chân ren sẽ bị biến dạng dẻo cục bộ và ứng suất dư sẽ được tạo ra tại các chân ren này. Ứng suất nén dư sinh ra ở chân ren có thể cải thiện độ bền mỏi của ren.
Đồng thời, ren sau khi biến dạng dẻo còn có thể cải thiện sự phân bố lực của ren và giảm áp lực tiếp xúc lên răng ren.
Điều này cũng cải thiện độ bền mỏi của sợi.
Tải trước càng lớn thì khả năng chống tách kết nối của bu lông càng lớn và khả năng chống lại sự giãn của tải trước càng lớn. Đồng thời, độ bền mỏi hiệu quả thực tế của liên kết bu lông cũng lớn hơn.
Do đó, việc tăng tải trước của kết nối bu lông có lợi cho việc cải thiện khả năng chống mỏi của kết nối bu lông dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài theo chu kỳ, làm cho nguy cơ hỏng mỏi của kết nối bu lông dưới lực tác động rung và giới hạn quá tải nhỏ hơn.
