高强度螺栓脆性断裂的原因简介
发布时间：2021-06-30 17:48:00 点击次数：545
1 材料缺陷
当钢铁中碳、硫、磷、氧、氮、氢等要素的含量过高时，将会严
重下降其塑性和柔韧，脆性则相应增大。
钢中碳要素含量增高会使钢的脆性转变温度上升。随着含碳
量的增加，钢的最大恰贝冲击值明显减低。恰贝冲击值与试验温
度曲线梯度趋向缓慢，而脆性转变温度明显上升，钢中磷含量的
增加使晶界折断应力下降，脆性转变温度上升，钢中含0．1％以上的磷就会引起晶界断裂应力减低。磷对钢脆性转变温度影响随磷含量增加，钢脆性转变温度上升，硫与磷的存在对钢的断裂坚韧起危害功用。随硫、磷的含量的增加，钢的K1C值下滑。硫、磷含量增加使该钢K1C减低，硫危害性更大。
钢中锰要素的存在对改善其脆性性能有一定帮助，随锰与碳之比值提高，碳、磷危害效用降低，钢的脆性转变温度明显减低。
硫、磷减低钢的断裂柔韧的缘故，主要有两点：①偏聚于原始奥氏体晶界，促使品界脆化；② 硫化学反应生成MnS在基体中形成脆性微裂纹源于基本，使微裂纹成核源增加，造成脆断容易发生。
缩减钢中硫、磷含量是改善钢断裂柔韧的关键途径，特别是超高强度钢。选用适合的冶炼方式是提高钢的纯度最直接、最易实现的途径，与平常电炉炼钢法相比，使用真空冶炼能提高钢的纯度，超高强度钢一般用真空自耗炉(或真空电弧炉)重熔，以减小钢中杂质和偏析，以提高钢断裂柔韧。各先进工业都城对硫、磷含量作了较低规定，一般都限于0．06％以下，但我国各大钢厂所产钢铁偏析仍然较重。质量不平稳，影响偏析的因素中(铁矿石要素、炼钢方式、钢锭尺寸、冶炼技术等)，主因是炼钢方式和冶炼技术，偏析大将会引起热脆、冷脆、裂开、劳累等一系列疑问。
2 应力集中
当钢铁在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场使材质不易进入塑性状况，从而致使脆性破坏。应力集中越严重，钢铁的塑性减低愈多，同时脆性折断的危险性也愈大。钢结构或部件的应力集中主要与结构细节有关：
3使用环境
当螺栓受到较大的动载效用或者处于较低的环境温度下工作时，螺栓脆性破坏的可能增大。
在0℃以上，当温度上升时，钢铁的强度及弹性模量均有变化，一般是强度减低，塑性增大。温度在200℃以内时，钢铁的性能从未多大变化。但在250℃左右钢铁的抗拉强度反弹，fy有较大提高，而塑性和冲击坚韧下降出现所谓的“蓝脆现象”，此时展开热加工钢铁易发生裂纹。当温度达600~C， 及E均接近于零，钢结构几乎全然丧失承载力。
当温度在0℃以下，随温度减低，钢铁强度略有提高，而塑性坚韧减低，脆性增大。更是当温度下滑到某一温度区间时，钢铁的冲击柔韧值急遽下滑，出现低温脆断。一般而言又把钢结构在低温下的脆性破坏称之为“低温冷脆现象”，产生的裂纹称之为“冷裂纹”。
4 加载速率的影响
大量实验说明，高的加载速率会使材质出现脆断的险恶增加，一般认为其影响与减低温度相当。随着变形速率的增大，材质的屈服强度将会增加，其原因是材质为时已晚开展塑性变形和滑移，因而位错摆脱束缚展开滑移所需的热激活时间缩减，使脆性转变温度提高，所以容易产生脆断。当试件上有裂口时，应变速率的影响更加明显。脆性裂纹一经产生，裂纹尖端就会有很严重的应力集中，这一急骤增加的应力，相当于一个加载速率很高的荷载，使裂纹很快失稳扩大，最终使整个构造时有发生脆性破坏。
综上，材料毛病，应力集中，用到环境及加载速率是影响脆性折断的主要因素，其中应力集中的影响愈加关键。在此值得一提的是，应力集中一般不影响钢结构的静力极限承载力，在设计时一般而言不考虑其影响。但在动载效用下，严重的应力集中加上材料弱点，残余应力，冷却硬化，低温环境等往往是致使脆性折断的根本缘故。
