螺栓生产过程中出现断裂的原因有哪些？

Question

如题所述

Answer 1

在紧固件制造中正确选用紧固件材料是重要一环，因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确，可能造成性能达不到要求，使用寿命缩短，甚至发生意外或加工困难，制造成本高等。下面就简单介绍下螺栓生产过程中出现断裂的原因有哪些：
一、材质缺陷
影响偏析的因素中(铁矿石元素、炼钢方法、钢锭大小、冶炼技术等)，主因是炼钢方法和冶炼技术，偏析大将会引起热脆、冷脆、裂缝、疲劳等一系列问题。当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。
（1）钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高，随着含碳量的增加，钢的最大恰贝冲击值显著降低。
（2）磷对钢脆性转变温度影响随磷含量增加，钢脆性转变温度升高，硫与磷的存在对钢的断裂韧性起有害作用，硫危害性更大。
（3）钢中锰元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、磷有害作用下降，钢的脆性转变温度显著降低。
二、应力集中
当钢材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料不易进入塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。钢结构或构件的应力集中主要与构造细节有关。
三、加工环境
当螺栓受到较大的动载作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性增大。
（1）当温度升高时，钢材的强度及弹性模量均有变化，一般是强度降低，塑性增大。随着温度的不断升高，而塑性和冲击韧性下降出现所谓的“蓝脆现象”，此时进行热加工钢材易发生裂纹，钢结构几乎完全丧失承载力。
（2）当温度降低，钢材强度略有提高，而塑性韧性降低，脆性增大。尤其当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧性值急剧下降，出现低温脆断。通常又把钢结构在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”，产生的裂纹称为“冷裂纹”。
四、加载速率的影响
大量实验表明，高的加载速率会使材料出现脆断的危险增加，一般认为其影响与降低温度相当。随着变形速率的增大，材料的屈服强度将会增加，其原因是材料来不及进行塑性变形和滑移，因而位错摆脱束缚进行滑移所需的热激活时间减少，使脆性转变温度提高，所以易于产生脆断。当试件上有缺口时，应变速率的影响更为显著。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，使裂纹迅速失稳扩展，最后使整个结构发生脆性破坏。
五、冷镦成型油的使用
使用菜籽油、机械油、再生油等非专用油品也会发生工件断裂的问题，主要原因是非专用油品其不含有冷镦工艺所需要的添加剂成分，性能不能满足工艺要求。在加工过程中油膜瞬间破裂，冲棒与工件直接接触，因作用力的释放导致工件发生脆性断裂。
综合上述原因：材质缺陷，应力集中，加工环境，加载速率及工艺原料是影响脆性断裂的主要因素，其中应力集中的影响尤为重要。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，在设计时通常不考虑其影响。但在动载作用下，严重的应力集中加上材质缺陷，残余应力，冷却硬化，低温环境等往往是导致脆性断裂的根本原因。