Cán ren cải thiện đáng kể khả năng chống mỏi của bu lông thép không gỉ so với cắt ren do một số yếu tố chính liên quan đến cách hình thành ren và đặc tính vật liệu thu được. Dưới đây là bảng phân tích về cách lăn ren giúp tăng cường khả năng chống mỏi:
Tăng cường vật liệu thông qua gia công nguội
Cán ren là một quá trình tạo hình nguội trong đó các ren được tạo ra bằng cách tác dụng áp lực lên bề mặt của bu lông, làm cho vật liệu biến dạng dẻo thành hình dạng ren mong muốn. Quá trình gia công nguội này khiến thép không gỉ trở nên cứng hơn, làm tăng độ cứng và độ bền của lớp bề mặt.
Các ren được tạo hình nguội có ứng suất dư nén cao hơn, có nghĩa là bề mặt ít có khả năng bị nứt dưới tác dụng của tải trọng tuần hoàn (ứng suất lặp lại), cải thiện khả năng chống mỏi của bu lông. Ngược lại, cắt ren sẽ loại bỏ vật liệu, khiến ren yếu hơn và dễ bị nứt hơn khi chịu tải lặp đi lặp lại.
Không loại bỏ vật liệu = Cấu trúc hạt liên tục
Trong quá trình cán ren, không có vật liệu nào bị loại bỏ khỏi bu lông. Thay vào đó, vật liệu bị dịch chuyển để tạo thành các sợi. Điều này bảo tồn cấu trúc thớ liên tục của thép không gỉ, theo đường viền của sợi.
Bằng cách duy trì dòng hạt liên tục này, các sợi cuộn chắc chắn hơn và có khả năng chống mỏi tốt hơn. Mặt khác, việc cắt ren sẽ cắt đứt cấu trúc hạt, tạo ra các điểm tập trung ứng suất dễ bị mỏi và hỏng theo thời gian.
Bề mặt mịn
Các sợi cuộn thường có bề mặt mịn hơn so với các sợi cắt. Bề mặt mịn hơn có nghĩa là có ít khuyết điểm trên bề mặt hơn, chẳng hạn như các vết khía cực nhỏ hoặc vết dụng cụ, có thể đóng vai trò là bộ tập trung ứng suất trong quá trình tải theo chu kỳ.
Trong các sợi cắt, quá trình gia công thường để lại các khuyết tật nhỏ trên bề mặt, có thể gây ra các vết nứt dưới áp lực lặp đi lặp lại, dẫn đến phá hủy do mỏi. Các sợi cuộn có bề mặt nhẵn hơn sẽ phân bổ ứng suất đồng đều hơn và do đó ít có khả năng bị nứt hơn.
Ứng suất nén dư
Quá trình cán ren đưa ứng suất dư nén vào vật liệu ở gốc ren (phần thấp nhất của ren). Điều này có lợi vì hầu hết các hư hỏng do mỏi đều bắt đầu từ bề mặt và ứng suất nén sẽ trung hòa ứng suất kéo gây ra vết nứt.
Trong các ren cắt, quá trình gia công không tạo ra các ứng suất nén có lợi này và thậm chí có thể để lại vật liệu các ứng suất kéo dư, điều này thúc đẩy sự hình thành và lan truyền vết nứt dưới tải trọng mỏi.
Giảm nồng độ căng thẳng
Sự chuyển tiếp mượt mà và các đường viền tròn được tạo ra bởi quá trình cán ren làm giảm sự tập trung ứng suất tại các điểm tới hạn như gốc ren. Ngược lại, các sợi cắt thường có sự chuyển tiếp sắc nét hơn, đóng vai trò là bộ phận tăng ứng suất và làm tăng khả năng hình thành các vết nứt mỏi ở những khu vực này.
Nồng độ ứng suất thấp hơn trong các sợi cuộn có nghĩa là chúng có thể chịu được nhiều chu kỳ tải hơn mà không bị hỏng, khiến chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng mà bu lông phải chịu tải và dỡ tải nhiều lần.
Cuộc sống mệt mỏi tăng lên
Sự kết hợp giữa bề mặt mịn hơn, ứng suất dư nén, dòng hạt liên tục và giảm nồng độ ứng suất trong các sợi cán làm tăng đáng kể tuổi thọ mỏi của bu lông thép không gỉ . Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng liên quan đến tải động hoặc tải tuần hoàn, chẳng hạn như trong kỹ thuật hàng không vũ trụ, ô tô và kết cấu.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sợi cuộn có thể tăng tuổi thọ mỏi lên gấp 4 đến 5 lần so với sợi cắt, khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng có ứng suất cao và quan trọng về độ mỏi.
Tóm lại, cán ren cải thiện khả năng chống mỏi của bu lông thép không gỉ bằng cách:
Tăng cường vật liệu thông qua gia công nguội.
Bảo toàn cấu trúc hạt liên tục.
Tạo ra bề mặt mịn hơn với ít khuyết điểm hơn.
Giới thiệu ứng suất dư nén có lợi.
Giảm nồng độ ứng suất ở gốc ren.
Các yếu tố này nói chung làm cho ren cuộn bền hơn đáng kể dưới tải trọng tuần hoàn so với ren cắt, cải thiện hiệu suất mỏi và tuổi thọ của bu lông thép không gỉ trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
