铁塔螺栓工艺与螺栓残余应力关系的研究

发布时间：2017-06-18 15:11

  本文关键词：铁塔螺栓工艺与螺栓残余应力关系的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：冷拔、冷镦或热锻、去应力退火和热镀锌是铁塔螺栓重要的成型工艺,本文研究了6.8级铁塔螺栓成型工艺与螺栓光杆部分亚表层残余应力分布的关系,以及不同温度热镀Zn和Zn-5Al工艺镀层组织的形貌特点和耐蚀性能。比较了冷镦螺栓和热锻螺栓去应力退火以及热镀锌工艺对螺栓表层残余应力的影响。采用OM、SEM、EDS、X射线残余应力分析仪和电解抛光仪等分析测试手段研究了6.8铁塔螺栓光杆亚表层不同深度处残余应力分布规律及其原因。采用NSS试验和电化学极化等试验方法研究了螺栓表面热镀Zn和Zn-5Al镀层耐蚀性能。研究结果表明:螺栓制作过程各工序阶段表层会存在不同的残余应力状态。冷拔后,螺栓光杆亚表层表现出较大的残余拉应力。螺栓冷镦后未去应力退火前,螺栓光杆与头部连接处、光杆与螺纹连接处轴向和周向均表现为残余拉应力,且残余应力值随着半径深度方向0.02~0.2mm范围内呈增大的趋势,而光杆中部呈较小的残余压应力状态。冷镦螺栓去应力退火后,螺栓各部位残余应力值大幅降低,SEM结果表明螺栓组织在去应力退火前后无变化。这是由于高温退火加强了空位运动和位错的重排,降低了空位和位错的密度,消除了位于晶体结构内部的点阵畸变。冷镦螺栓去应力退火降低了其服役过程中潜在的风险。热锻螺栓在去应力退火前,螺栓光杆与头部连接处轴向和周向残余应力表现为压应力,这是由于热锻时,局部温度超过了材料的再结晶温度,其残余应力是热和形变共同作用的结果。去应力退火后,残余应力部分消除。热镀Zn-5Al和热镀Zn对螺栓亚表层残余应力的影响和规律相似,热镀处理后螺栓光杆与螺纹连接处的残余应力状态明显改变,且表现为较大的残余压应力。其原因可能是热镀锌过程中螺栓亚表面Fe-Zn反应及镀层形成的内应力造成的。镀前去应力退火对热镀锌后螺栓亚表面残余应力影响不大。螺栓材料460℃热镀Zn时,镀层组织致密而连续,从钢基体向外依次是?、δ、δ和ε。520℃镀层组织为Г、δ和δ,几乎没有ε相,且δ相生长迅速。580℃镀层组织为Г、δ和ε,没有δ相,且镀层厚度较薄。螺栓材料热镀Zn-5Al镀层组织分为两层,内层是为薄而致密的Fe-Zn-Al金属间化合物层,外层是Zn-Al共晶组织,镀层厚度也较薄。螺栓热镀Zn-5Al镀层具有比热镀Zn更优异的耐蚀性能,可能成为螺栓热镀锌的替代性镀层。
【关键词】：螺栓 表面残余应力 X射线衍射 热处理 热镀锌
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH131.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 残余应力11-13
• 1.2.1 残余应力产生机理11-12
• 1.2.2 残余应力的消除与调整12-13
• 1.3 残余应力测试方法及研究进展13-21
• 1.3.1 残余应力测试方法基本类型13-14
• 1.3.2 盲孔法研究进展14-16
• 1.3.3 X射线法研究进展16-19
• 1.3.4 残余应力测试值的修正19-21
• 1.4 螺栓残余应力的研究进展21-25
• 1.4.1 加工工艺对残余应力的影响21-22
• 1.4.2 热处理对残余应力的影响22-25
• 1.5 热镀锌在铁塔螺栓中的应用25
• 1.6 研究目的和内容25-27
• 第二章 材料与试验方法27-34
• 2.1 试验材料27
• 2.2 试样制备27-29
• 2.2.1 热处理样品选取与制备27-29
• 2.2.2 热浸镀螺栓试样制备29
• 2.2.3 SEM试样制备29
• 2.3 试验方法29-34
• 2.3.1 主要测试设备及参数设置29-31
• 2.3.2 电解抛光深度的标定31-32
• 2.3.3 残余应力评价32-33
• 2.3.4 热镀螺栓耐蚀性能评价33-34
• 第三章 6.8级螺栓亚表层残余应力分布34-50
• 3.1 前言34
• 3.2 试验过程34-36
• 3.3 冷镦螺栓亚表层残余应力分布36-47
• 3.3.1 冷拔后圆钢坯料试样的残余应力36-37
• 3.3.2 热处理对螺栓杆部残余应力的影响37-42
• 3.3.3 残余应力离散度分析42-44
• 3.3.4 冷镦螺栓残余应力分析44-47
• 3.4 热锻螺栓亚表层残余应力分布47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 铁塔螺栓热浸镀工艺及其对残余应力分布的影响50-63
• 4.1 前言50-51
• 4.2 试验过程51
• 4.3 热镀Zn和Zn-5Al镀层组织分析51-54
• 4.3.1 热镀Zn不同温度镀层组织分析51-53
• 4.3.2 热镀Zn-5Al不同温度镀层组织分析53-54
• 4.4 热浸镀与光杆亚表层残余应力分布的关系54-60
• 4.4.1 热浸镀温度与光杆亚表层残余应力的关系54-59
• 4.4.2 残余应力分析59-60
• 4.4.3 热处理与热浸镀对螺栓光杆亚表层残余应力的影响60
• 4.5 热镀Zn和Zn-5Al镀层腐蚀研究60-62
• 4.5.1 电化学极化分析60-61
• 4.5.2 盐雾试验分析61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-72
• 攻读硕士学位论文期间取得的研究成果72-73
• 致谢73-74
• Ⅳ－2答辩委员会对论文的评定意见74

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