臺階螺絲影響螺栓疲勞性能的主要因素

1、螺紋牙谷形狀和半徑尺寸的影響。

螺栓受力時，螺紋牙谷處就會產生應力集中，其值在很大程度上取決于牙谷的形狀。改變牙谷的

形狀，如螺紋的牙谷槽越平滑，應力集中就越小，疲勞強度則越高。一般而言，平底牙谷的螺紋

疲勞強度低。如以圓形牙谷代替平底牙谷，螺栓的疲勞強度便可得到提高。如平底螺紋牙谷的彈

性應力集中系數為2.54，而改進的圓弧牙谷為1.52，即后者的牙谷應力集中系數較前者降低40%

，從而可以使疲勞強度至少提高20%;如經調質處理的40CrNiMo鋼制螺栓，螺紋為M6-1.0的平底

牙谷時疲勞強度為95MPa，而采用大半徑為0.1mm的圓弧形牙谷時，其疲勞強度可以提高到

120MPa，即提高26%。日本新日鐵公司新開發的CD(critical design for fracture)螺栓的疲勞強度提

高的幅度更大，高達100%，CD螺栓的主要特點是螺母內螺紋的牙峰高度逐漸降低，以使其受力

更均勻。

2、螺紋表面粗糙度的影響。

螺紋的表面粗糙度對螺栓的疲勞壽命影響很大。如螺紋為M6-1.0的40CrNiMo鋼制螺栓，其粗糙

度由0.08～0.16降低到0.63～1.35時，疲勞強度下降33%;螺紋為M12-1.5的螺栓，其表面粗糙度由

0.08～0.16降低到0.16～0.32時，疲勞強度下降21%。

3、螺紋滾絲工序的影響。

滾壓螺紋會產生形變強化層和較高的殘余壓應力，對阻止疲勞裂紋的萌生和早起擴展起到很大的

作用;同時，也會降低牙谷的表面粗糙度，因而有利于螺栓疲勞強度的提高。但是，如果滾壓螺

紋后再進行熱處理，就會使上述有利因素消失。所以從改善螺栓疲勞性能的角度考慮，應在熱處

理后滾壓螺紋。但此時存在另一個問題，即螺栓特別是高強度螺栓經過熱處理后其硬度通常較高

，致使滾絲模具壽命降低。此外，如果滾絲的質量不夠好，在螺紋的表面或根部產生微裂紋或類

似接觸疲勞的剝落現象，則改善螺栓疲勞性能的效果不明顯，甚至會降低疲勞性能。