0 前言
螺栓连接中，很多位置承受的都是交变载荷。尤其在一些重要连接部位，其平均应力、应力幅都较大，应力循环频率也较高，例如汽车底盘和发动机的重要部位。这些零件反复受拉的恶劣环境中，且结构上不允许加大螺栓尺寸，这就必须提高它的强度和抗拉疲劳性能，也
由于用户的不同, 联接件使用环境各异, 因此, 必须统一环境才能制订和选择寿命指标，而最主要的环境条件是载荷。
1.1 载荷条件
这里指的载荷条件是当做疲劳试验时，对螺栓施加的最大和最小载荷值。目前ISO和我国规范对σb ≥1 200MPa等级以上的螺栓，都把最大载荷值规定为螺栓最小抗拉破坏载荷的46% - K值(载荷系数) 。规范中对不同直径的螺栓规定了最小破坏载荷标准值，它既作为静拉强度的验收依据，又作为疲劳试验的载荷依据(疲劳抗拉试验最大载荷=最小抗拉载荷×载荷系数K) 。例如对合金钢凸头螺栓,K值取0. 46。见表1。
表1合金钢螺栓疲劳试验载荷规范
疲劳抗拉试验中最小载荷由载荷比R 决定。R =最小载荷/最大载荷, R = 0. 1。
1.2 寿命指标教育督导论文
在上述的载荷规定下，还有统一的寿命指标。即在规范规定的抽样样品中，最小循环次数不小于4. 5 ×104 次, 凡样品中超过13 ×104 次的只按13 ×104次计平均值。
2 提高螺纹联接件抗拉疲劳寿命的措施
2.1 螺栓材料及热处理的选择
我国有关标准(如: GB /T3098. 1)规定：对σb ≥1 200MPa 的螺栓才有疲劳性能要求, 如
40CrNiMo、30CrMnSi等。如果选用强度更高的合金钢材料，如美国INCONEL718合金，它可以有1 600MPa以上的强度，按一般规范载荷作疲劳试验时，就会有很高的寿命值，以M6螺栓为例，如表1规范所定的疲劳试验载荷为11. 01 kN 静拉破坏载荷为23. 93 kN，而INCONEL718 合金实际静拉破坏载荷可高达35 kN，若仍以11. 01 kN为P max做疲劳试验，则只相当于静拉破坏载荷的31%，其寿命值当然会较高。可是如30CrMnSiNi这类高强度材料，其缺口敏感性极高，做抗拉疲劳试验时的寿命值很低，根本不宜用作有抗拉疲劳要求的螺纹零件。
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某些材料静拉破坏载荷虽然可以与30CrMnSi等合金钢相近，但以同样载荷水平作疲劳寿命试验时, 疲劳寿命值达不到规范要求, 如钛合金Ti6Al4V。为使其疲劳寿命值与30CrMnSi 等合金钢一致，必须把
载荷水平降至40% (即K值取40% ) ，对其他类型钛合金(如Ti21523) , K 应降至36%。因此，对螺栓联接件要求有足够高的静拉强度，又要有较高抗拉疲劳寿命，应注意正确选择材料。
疲劳断裂和延迟断裂是机械零部件失效的2个主要原因。一般而言，当钢的抗拉强度约1200MPa时，疲劳强度和延迟断裂抗力均随强度和硬度的提高而提高；但当抗拉强度超过约1200MPa时，疲劳强度不再继续提高，延迟断裂抗力反而急剧下降。机械制造用钢大多是中碳合金钢，并在调质状态下使用，其抗拉强度大多为800～1 000MPa。提高其强度并不难，而最大的困难在于解决强度提高后的低寿命问题。疲劳破坏和延迟断裂问题是机械制造用钢高强度化和长寿命化的主要障碍。
ISO Class12. 9 SATM A574是一个对机械性能要求很高的高强度螺栓，要求中碳合金钢经过热处理(淬火+ 回火) , 如SCM435、35CrMo、SAE 4137，此种高强度螺栓如果表面处理要经过酸洗这一工序时，会产生氢脆现象，所以，一定要有去氢这一工序(特别是存在尖角的紧固件)。
热处理也是很重要的因素，高强度螺栓调质过程中的回火，在高温回火区域，容易产生硫、磷等杂质元素，杂质元素在晶界上偏聚，会产生脆性断裂，尤其是当硬度在35HRC以上，脆性倾向更加严重。
2.2 提高抗疲劳寿命的工艺方法
螺纹联接件在未强化之前，其抗拉疲劳破坏的几率为: 65%的破坏发生在与螺母联接的
第一扣;20%的破坏发生在螺纹与光杆的转变处，也就是发生在螺纹的收尾处; 15%的破坏发
生在螺栓头与螺杆过渡圆角处，如图1所示。必须说明，上述数据建立在整个联接件金属流线没有破坏的条件下。
图1螺栓沉头角度要求及螺纹牙受力分析
为改善抗拉疲劳寿命，可以在螺栓形状和工艺上采取措施，目前最有效的方法如下：
2. 2. 1 采用MJ螺纹(即加强螺纹)
南通虹桥医院MJ螺纹与普通螺纹的主要区别在外螺纹的小径d1 和R ，如图2 所示。MJ 螺纹的主要特点是小径d1 较普通螺纹大些，牙根圆角半径增大，减小螺栓的应力集中。对R 有具体要求
(R max = 0. 180 42 P, R min = 0. 150 11 P, P为螺距) ，而普通螺纹无此要求, 甚至可以为平直段。这一重要变动，可以大大改善小径的抗拉疲劳性能。目前航空、航天器螺栓多采用MJ螺纹。
图2牙根过渡圆角
2. 2. 2 用毛坯热处理强化后滚压螺纹来改善螺纹疲劳性能
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采用滚压螺纹的工艺方法，由于冷作硬化的作用，表层有残余压应力，可使螺栓内部金属
纤维线走向合理且不被切断，其疲劳强度可较车制螺纹高30%～40%。若热处理后再滚压螺纹，使零件表面得到强化并获得残余压力层，其材料表面疲劳极限可提高70%～100%。这种工艺
十八里店小学还具有材料利用率高、生产率高和制造成本低等优点。表2试验数据为不同工艺方法下的疲劳寿命值。
试验螺栓材料为30CrMnSiA, 螺栓标准为GJB121. 2. 3, 6 ×26 (即MJ6)按试验方法进行抗拉疲劳试验，试验疲劳载荷: P max = 10. 1 kN, P min = 1. 01kN，结果见表2。
从表2可知，热处理后滚螺纹再冷滚螺栓转角处圆角r(见图1)的抗拉疲劳性能最好。冷挤r 的值要求不严格，技术条件只规定了变形量上限。
图3 严格控制收尾尺寸，减少螺栓的应力集中
表2不同工艺方法的疲劳寿命(次数)
2.2.3 严格控制收尾尺寸
如图1所示，螺栓螺纹与光杆过渡区是重要的疲劳源之一，严格按收尾尺寸控制过渡区形状是提高该区域疲劳寿命的重要措施。因此，在设计制造滚丝轮时，必须按标准严格修磨收尾处，且在滚丝时严格控制滚丝位置。具体措施可采用较大的过渡圆角见图3a，切制卸载结构见图3b、图3c，螺纹收尾处切制退刀槽也可减少应力集中。对图1所示螺栓转角r冷挤，可提高转角处抗拉疲劳寿命。如表2 所示, 若只采取2. 2. 1 、2. 2. 2 、2. 2. 3项强化措施，疲劳断裂将全部发生在螺栓转角r处。所以, 冷挤强化转角r是提高螺栓整体抗拉疲劳寿命的重要措施之一。
2.3 避免产生附加弯曲应力
由于设计、制造和装配不良的原因，会导致螺栓偏心载荷。偏心载荷会在螺栓中引起附加弯曲应力，大大降低螺栓的疲劳强度，所以，从结构和工艺上应采取相应的措施，以避免附加弯矩的产生。
(1)螺栓的沉孔角度要准确，只允许0°～0. 5°的正偏差，不允许负偏差，如图1所示。
(2)螺栓的支承面应平整，并与螺栓孔轴线垂直。
(3)对工件上装配六角头一类的安装孔，孔的倒角应符合规定。
2.4 预紧力装配
预紧力是螺纹联接中最被关注的一个问题。理论和实践证明，螺栓和被联接件的刚度不变，只恰当地增大预紧力，对抗拉疲劳性能有明显提高。这就是螺栓预紧应力达( 0. 7～0. 8)σs 的一个原因。为此，准确控制预紧力并保持其不减退是很重要的。预紧应力大小由定力扳手
或预应力指示垫圈控制。不同条件下对预应力大小要求不同。对一些抗疲劳要求较高的位置，螺栓一般需要过屈服拧紧，确保螺栓连接获得足够的预紧力。测控技术期刊
3 结论
通过试验数据和实践经验，从螺栓的选材、加工工艺和装配方面，提出了一些提高螺栓抗拉疲劳强度的具体措施，具体参见文章第二部分。总而言之，提高螺栓的抗拉疲劳性能必须采取综合措施，任何单一的措施都不能完成整体抗疲劳的需要。
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