影响螺栓疲劳强度的因素

影响螺栓疲劳性能的主要因素有以下几点：

1、螺纹牙谷形状和半径尺寸的影响。

螺栓受力时，螺纹牙谷处就会产生应力集中，其值在很大程度上取决于牙谷的形状。改变牙谷的形状，如螺纹的牙谷槽越平滑，应力集中就越小，疲劳强度则越高。一般而言，平底牙谷的螺纹疲劳强度最低。如以圆形牙谷代替平底牙谷，螺栓的疲劳强度便可得到提高。如平底螺纹牙谷的弹性应力集中系数为2.54，而改进的圆弧牙谷为1.52，即后者的牙谷应力集中系数较前者降低40%，从而可以使疲劳强度至少提高20%；如经调质处理的40CrNiMo钢制螺栓，螺纹为M6-1.0的平底牙谷时疲劳强度为95MPa，而采用最大半径为0.1mm的圆弧形牙谷时，其疲劳强度可以提高到120MPa，即提高26%。日本新日铁公司新开发的CD（critical design for fracture）螺栓的疲劳强度提高的幅度更大，高达100%，CD螺栓的主要特点是螺母内螺纹的牙峰高度逐渐降低，以使其受力更均匀。

2、螺纹表面粗糙度的影响。

螺纹的表面粗糙度对螺栓的疲劳寿命影响很大。如螺纹为M6-1.0的40CrNiMo钢制螺栓，其粗糙度由0.08～0.16降低到0.63～1.35时，疲劳强度下降33%；螺纹为M12-1.5的螺栓，其表面粗糙度由0.08～0.16降低到0.16～0.32时，疲劳强度下降21%。

3、螺纹滚丝工序的影响。

滚压螺纹会产生形变强化层和较高的残余压应力，对阻止疲劳裂纹的萌生和早起扩展起到很大的作用；同时，也会降低牙谷的表面粗糙度，因而有利于螺栓疲劳强度的提高。但是，如果滚压螺纹后再进行热处理，就会使上述有利因素消

失。所以从改善螺栓疲劳性能的角度考虑，应在热处理后滚压螺纹。但此时存在另一个问题，即螺栓特别是高强度螺栓经过热处理后其硬度通常较高，致使滚丝模具寿命降低。此外，如果滚丝的质量不够好，在螺纹的表面或根部产生微裂纹或类似接触疲劳的剥落现象，则改善螺栓疲劳性能的效果不明显，甚至会降低疲劳性能。

4、钢材冶金缺陷的影响。

原材料表面脱碳，通常是在轧制加热过程中对坯料表面没有有效的保护所致。如果脱碳层较浅而成品又要经过充分的切削加工，会使脱碳层去掉，从而消除这种脱碳的影响。然而，有些螺栓是在冷镦或冷拔后不再进行切削加工，于是原材料的表面缺陷也就一直保留在成品零件的表面上。

螺栓表面的严重脱碳层是其上的一个薄弱区域，在冷镦后的滚丝过程中，由于钢材表面的变形量大，会把脱碳层大部分挤压到螺纹的顶部区域中。这种脱碳层的强度、硬度均很低，故极易发生磨损和脱扣（丝扣被剪坏）失效，并且极易成为疲劳裂纹源，造成早期疲劳失效。

钢中的夹杂物特别是粗大的硬脆夹杂物破坏了基体材料的连续性，在内外应力的作用下易在夹杂物与基体的界面处产生很高的应力集中，导致疲劳裂纹的早期萌生，显著降低高强度螺栓的抗疲劳性能。

螺栓在各种机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。除了作简单定位的螺栓之外，螺栓在安装时都需要预先拧紧，因此都承受经拉伸载荷。预紧力越大，连接强度和紧固、密封性便越高。通常正确的设计是以足够高的预紧力克服

被连接件的相对位移，避免螺栓承受弯曲、剪切载荷。一些螺栓，如连杆螺栓、缸盖螺栓等，除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸（交变）载荷、横向剪切（交变）载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还受到冲击载荷的作用。通常情况下，附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。对此，在应用高强度螺栓时，对材料成分、冶金质量、螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的技术要求。

一般来讲，高强度螺栓及其钢通常应满足以下要求：

1、高的抗拉强度，以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损。

2、较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。

3、对于在海边、河边、油田等潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求螺栓材料具有足够低的延迟断裂敏感性，以保证螺栓工作时安全可靠。

4、对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓，要求具有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸力，以抵抗疲劳、多冲断裂。

5、对于在严寒地区或低温下工作的螺栓，还要求具有低的韧—脆转化温度。

6、中小直径螺栓往往多采用冷镦成形螺栓头和搓（滚）丝生产工艺，这就要求材料具有良好的冷镦等冷加工工艺性能。