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不銹鋼鉆尾螺絲高強度螺栓脆性斷裂的原因簡介

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不銹鋼鉆尾螺絲高強度螺栓脆性斷裂的原因簡介

發布日期:2019-12-07 作者:競彩足球分析 點擊:

不銹鋼鉆尾螺絲高強度螺栓脆性斷裂的原因簡介

    當鋼材中碳、硫、磷、氧、氮、氫等元素的含量過高時,將會嚴

    重降低其塑性和韌性,脆性則相應增大。

    鋼中碳元素含量增高會使鋼的脆性轉變溫度升高。隨著含碳

    量的增加,鋼的最大恰貝沖擊值顯著降低。恰貝沖擊值與試驗溫

    度曲線梯度趨于緩慢,而脆性轉變溫度顯著升高,鋼中磷含量的

    增加使晶界斷裂應力降低,脆性轉變溫度升高,鋼中含0.1%以上的磷就會引起晶界斷裂應力降低。磷對鋼脆性轉變溫度影響隨磷含量增加,鋼脆性轉變溫度升高,硫與磷的存在對鋼的斷裂韌性起有害作用。隨硫、磷的含量的增加,鋼的K1C值下降。硫、磷含量增加使該鋼K1C降低,硫危害性更大。

    鋼中錳元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、磷有害作用下降,鋼的脆性轉變溫度顯著降低。

    硫、磷降低鋼的斷裂韌性的原因,主要有兩點:①偏聚于原始奧氏體晶界,促使品界脆化;②硫化學反應生成MnS在基體中形成脆性微裂紋起源核心,使微裂紋成核源增加,導致脆斷容易發生。

    減少鋼中硫、磷含量是改善鋼斷裂韌性的重要途徑,特別是超高強度鋼。選用適宜的冶煉方法是提高鋼的純度最直接、最易實現的途徑,與普通電爐煉鋼法相比,采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,以減少鋼中雜質和偏析,以提高鋼斷裂韌性。各先進工業國都對硫、磷含量作了較低規定,一般都限于0.06%以下,但我國各大鋼廠所產鋼材偏析依然較重。質量不穩定,影響偏析的因素中(鐵礦石元素、煉鋼方法、鋼錠大小、冶煉技術等),主因是煉鋼方法和冶煉技術,偏析大將會引起熱脆、冷脆、裂縫、疲勞等一系列問題。

    2應力集中

    當鋼材在某一局部出現應力集中,則出現了同號的二維或三維應力場使材料不易進入塑性狀態,從而導致脆性破壞。應力集中越嚴重,鋼材的塑性降低愈多,同時脆性斷裂的危險性也愈大。鋼結構或構件的應力集中主要與構造細節有關:

    3使用環境

    當螺栓受到較大的動載作用或者處于較低的環境溫度下工作時,螺栓脆性破壞的可能性增大。

    在0℃以上,當溫度升高時,鋼材的強度及彈性模量均有變化,一般是強度降低,塑性增大。溫度在200℃以內時,鋼材的性能沒有多大變化。但在250℃左右鋼材的抗拉強度反彈,fy有較大提高,而塑性和沖擊韌性下降出現所謂的“藍脆現象”,此時進行熱加工鋼材易發生裂紋。當溫度達600~C,及E均接近于零,鋼結構幾乎完全喪失承載力。

    當溫度在0℃以下,隨溫度降低,鋼材強度略有提高,而塑性韌性降低,脆性增大。尤其當溫度下降到某一溫度區間時,鋼材的沖擊韌性值急劇下降,出現低溫脆斷。通常又把鋼結構在低溫下的脆性破壞稱為“低溫冷脆現象”,產生的裂紋稱為“冷裂紋”。

    4加載速率的影響

    大量實驗表明,高的加載速率會使材料出現脆斷的危險增加,一般認為其影響與降低溫度相當。隨著變形速率的增大,材料的屈服強度將會增加,其原因是材料來不及進行塑性變形和滑移,因而位錯擺脫束縛進行滑移所需的熱激活時間減少,使脆性轉變溫度提高,所以易于產生脆斷。當試件上有缺口時,應變速率的影響更為顯著。脆性裂紋一經產生,裂紋尖端就會有很嚴重的應力集中,這一急驟增加的應力,相當于一個加載速率很高的荷載,使裂紋迅速失穩擴展,最后使整個結構發生脆性破壞。

    綜上,材質缺陷,應力集中,使用環境及加載速率是影響脆性斷裂的主要因素,其中應力集中的影響尤為重要。在此值得一提的是,應力集中一般不影響鋼結構的靜力極限承載力,在設計時通常不考慮其影響。但在動載作用下,嚴重的應力集中加上材質缺陷,殘余應力,冷卻硬化,低溫環境等往往是導致脆性斷裂的根本原因。


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