[实用新型]一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓

说明书

一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓，属于螺栓的设计、制造及维护技术领域。包括螺栓头、螺杆过渡区域、螺杆部、耐磨螺纹部、螺栓头的重熔层、螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层。螺栓在易损坏区域存在含有一定量金属氮化物的激光重熔层，并且螺纹部为该激光重熔层进行机加工所得到的具有较高硬度和良好耐磨性的螺纹。优点在于，可以缓解应力集中，提高螺栓的强度；在提高了螺栓易损坏区域表面的硬度、耐磨性、抗疲劳能力和螺栓防松能力的同时，螺栓心部仍旧保持基体材料良好的韧塑性。

技术领域

本实用新型属于螺栓的设计、制造及维护技术领域，特别是涉及一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓。

背景技术

螺栓是由螺栓头、螺杆部和螺纹部组成的紧固件，由于螺栓联接结构简单、便于安装和拆卸、成本低，被广泛应用于各类机械结构、建筑物中,是应用最多的紧固方式。但是处于振动环境中的螺栓联接结构一方面容易发生预紧力的下降,导致被联接件的松动,另一方面容易发生螺栓断裂,从而引起严重的安全事故。

例如输电线路中的每一基铁塔几乎都有大量螺栓连接，风场中的铁塔时刻处于振动状态，尤其是强风区，铁塔的振动尤为严重。在振动环境下，松动是螺栓连接结构失效的主要形式之一。螺纹联接结构在振动环境下,螺纹接触面会发生幅值极小的相对运动,产生微动磨损,螺纹面的磨损使螺纹副配合程度降低，从而导致螺栓预紧力降低，进而造成螺纹联接结构的松动、咬死等问题的出现。一些研究表明，螺栓的防松能力随螺栓材料硬度的提高而提高。

影响螺栓疲劳性能的薄弱部位是螺栓头和螺杆过渡区域、螺纹与螺杆过渡区域。由于截面的突然变化，在这些部位存在较高的应力集中，更容易发生疲劳断裂。

为确保电力设备在振动环境下的长期稳定运行、降低其检修成本，需要开发出一种成本低、防松性能好、抗疲劳能力强的螺栓。

激光处理技术具有能量密度高、冷却速度快、易于实现自动化等特点。利用激光重熔技术对材料表面材料进行快速熔凝，可以得到一定厚度的重熔层。该重熔层具有晶粒细小、组织均匀、无偏析等优点，从而显著地提高螺栓材料的强度、硬度和耐磨性能。此外，晶粒细化也是提高材料疲劳极限的有效手段之一。激光重熔处理不但可以提高螺牙的表面强度、硬度和耐磨性能，还可以提高螺栓的疲劳极限，从而改善螺栓的防松性能、提高螺栓的疲劳寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于振动环境下的防松抗疲劳螺栓，有效解决工作在处于振动环境下服役的螺栓与其紧固螺母之间松动问题和螺栓断裂所带来的安全问题；增加螺栓的防松能力和抗疲劳能力，增加螺栓的服役时间。

一种防松抗疲劳螺栓，为了改善螺栓的防松性能、提高螺栓的疲劳寿命。本实用新型包括螺栓头6(螺栓头6在与被连接件接触的面上具有激光重熔层)、螺杆过渡区域7(螺杆过渡区域7是螺栓头6与螺杆的过渡区域)、螺杆部8(未经激光重熔重熔处理)、耐磨螺纹部9(耐磨螺纹部9具有激光重熔层)、螺栓头的重熔层3、螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4；螺栓在易损坏区域存在含有一定量金属氮化物的激光重熔层，并且螺纹部为该激光重熔层进行机加工所得到的具有较高硬度和良好耐磨性的螺纹。

为了防止螺栓在振动环境下服役遭遇冲击载荷而产生过量塑性变形，而降低螺栓防松性，所述螺栓头的与被连接件接触的面上存在高硬度激光重熔层3；为了缓解应力集中，提高螺栓的强度，所述螺栓头和螺杆过渡区域存在较高硬度的激光重熔层4；为了提升螺牙抗塑性变形的能力，提高螺牙强度，抵抗螺纹面的磨损，从而提高螺栓抗松动能力，所述螺纹部(包括螺纹与螺杆的过渡区域)为高硬度激光重熔层5机加工得到的具有较高硬度和良好耐磨性的螺纹。

所述螺栓头(与被连接件的接触面)的重熔层3和所述螺栓头和螺杆过渡区域的重熔层4无缝衔接。

进一步地，该含有一定量金属氮化物的激光重熔层的硬度为螺栓基体材料硬度的1.5—1.7倍，其硬度大约为基体材料硬度的1.5倍。