高強度螺栓脆性斷裂的原因簡介
發(fā)布時間：2021-06-30 17:48:00 點擊次數(shù)：520
1 材料缺陷
當(dāng)鋼鐵中碳、硫、磷、氧、氮、氫等要素的含量過高時，將會嚴
重下降其塑性和柔韌，脆性則相應(yīng)增大。
鋼中碳要素含量增高會使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度上升。隨著含碳
量的增加，鋼的最大恰貝沖擊值明顯減低。恰貝沖擊值與試驗溫
度曲線梯度趨向緩慢，而脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯上升，鋼中磷含量的
增加使晶界折斷應(yīng)力下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，鋼中含0．1％以上的磷就會引起晶界斷裂應(yīng)力減低。磷對鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度影響隨磷含量增加，鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，硫與磷的存在對鋼的斷裂堅韌起危害功用。隨硫、磷的含量的增加，鋼的K1C值下滑。硫、磷含量增加使該鋼K1C減低，硫危害性更大。
鋼中錳要素的存在對改善其脆性性能有一定幫助，隨錳與碳之比值提高，碳、磷危害效用降低，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯減低。
硫、磷減低鋼的斷裂柔韌的緣故，主要有兩點：①偏聚于原始奧氏體晶界，促使品界脆化；② 硫化學(xué)反應(yīng)生成MnS在基體中形成脆性微裂紋源于基本，使微裂紋成核源增加，造成脆斷容易發(fā)生。
縮減鋼中硫、磷含量是改善鋼斷裂柔韌的關(guān)鍵途徑，特別是超高強度鋼。選用適合的冶煉方式是提高鋼的純度最直接、最易實現(xiàn)的途徑，與平常電爐煉鋼法相比，使用真空冶煉能提高鋼的純度，超高強度鋼一般用真空自耗爐(或真空電弧爐)重熔，以減小鋼中雜質(zhì)和偏析，以提高鋼斷裂柔韌。各先進工業(yè)都城對硫、磷含量作了較低規(guī)定，一般都限于0．06％以下，但我國各大鋼廠所產(chǎn)鋼鐵偏析仍然較重。質(zhì)量不平穩(wěn)，影響偏析的因素中(鐵礦石要素、煉鋼方式、鋼錠尺寸、冶煉技術(shù)等)，主因是煉鋼方式和冶煉技術(shù)，偏析大將會引起熱脆、冷脆、裂開、勞累等一系列疑問。
2 應(yīng)力集中
當(dāng)鋼鐵在某一局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，則出現(xiàn)了同號的二維或三維應(yīng)力場使材質(zhì)不易進入塑性狀況，從而致使脆性破壞。應(yīng)力集中越嚴重，鋼鐵的塑性減低愈多，同時脆性折斷的危險性也愈大。鋼結(jié)構(gòu)或部件的應(yīng)力集中主要與結(jié)構(gòu)細節(jié)有關(guān)：
3使用環(huán)境
當(dāng)螺栓受到較大的動載效用或者處于較低的環(huán)境溫度下工作時，螺栓脆性破壞的可能增大。
在0℃以上，當(dāng)溫度上升時，鋼鐵的強度及彈性模量均有變化，一般是強度減低，塑性增大。溫度在200℃以內(nèi)時，鋼鐵的性能從未多大變化。但在250℃左右鋼鐵的抗拉強度反彈，fy有較大提高，而塑性和沖擊堅韌下降出現(xiàn)所謂的“藍脆現(xiàn)象”，此時展開熱加工鋼鐵易發(fā)生裂紋。當(dāng)溫度達600~C， 及E均接近于零，鋼結(jié)構(gòu)幾乎全然喪失承載力。
當(dāng)溫度在0℃以下，隨溫度減低，鋼鐵強度略有提高，而塑性堅韌減低，脆性增大。更是當(dāng)溫度下滑到某一溫度區(qū)間時，鋼鐵的沖擊柔韌值急遽下滑，出現(xiàn)低溫脆斷。一般而言又把鋼結(jié)構(gòu)在低溫下的脆性破壞稱之為“低溫冷脆現(xiàn)象”，產(chǎn)生的裂紋稱之為“冷裂紋”。
4 加載速率的影響
大量實驗說明，高的加載速率會使材質(zhì)出現(xiàn)脆斷的險惡增加，一般認為其影響與減低溫度相當(dāng)。隨著變形速率的增大，材質(zhì)的屈服強度將會增加，其原因是材質(zhì)為時已晚開展塑性變形和滑移，因而位錯擺脫束縛展開滑移所需的熱激活時間縮減，使脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，所以容易產(chǎn)生脆斷。當(dāng)試件上有裂口時，應(yīng)變速率的影響更加明顯。脆性裂紋一經(jīng)產(chǎn)生，裂紋尖端就會有很嚴重的應(yīng)力集中，這一急驟增加的應(yīng)力，相當(dāng)于一個加載速率很高的荷載，使裂紋很快失穩(wěn)擴大，最終使整個構(gòu)造時有發(fā)生脆性破壞。
綜上，材料毛病，應(yīng)力集中，用到環(huán)境及加載速率是影響脆性折斷的主要因素，其中應(yīng)力集中的影響愈加關(guān)鍵。在此值得一提的是，應(yīng)力集中一般不影響鋼結(jié)構(gòu)的靜力極限承載力，在設(shè)計時一般而言不考慮其影響。但在動載效用下，嚴重的應(yīng)力集中加上材料弱點，殘余應(yīng)力，冷卻硬化，低溫環(huán)境等往往是致使脆性折斷的根本緣故。
