紧固件螺栓断裂常见原因分析
螺栓断裂的主要原因及防治
螺栓断裂的主要原因及防治
一般情况下，我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析：
第一、螺栓的质量
第二、螺栓的预紧力矩
第三、螺栓的强度
第四、螺栓的疲劳强度
实际上，螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的，是由于松动而被打坏的。
因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同，最后，我们总能从疲劳强度上找到原因，实际上，疲劳强度大得我们无法想象，螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。
螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度：
螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动，而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。
换句话说，螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了，我们只使用了它大能力的万分之一，所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。
螺纹紧固件损坏的真正原因是松动：
螺纹紧固件松动后，产生巨大的动能mv2，这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备，致使紧固件损坏，紧固件损坏后，设备无法在正常的状态下工作，进一步导致设备损坏。
受轴向力作用的紧固件，螺纹被破坏，螺栓被拉断。
受径向力作用的紧固件，螺栓被剪断，螺栓孔被打成橢圆。
选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在：
目前，最先进和效果最好的防松方式是唐氏螺纹紧固件防松方式。
唐氏螺栓在四辊破碎机上使用、在液压破碎锤上使用，其强度都没有增加，而螺栓不再断裂了。
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螺栓、螺母失效形式及因素
各种形式螺栓和螺栓都可以成为螺纹紧固件,其这些螺纹紧固件在使用过程中经常会出现一些失效的形式,如断裂,拧断,滑丝等现象。
根据对螺纹紧固件——螺栓和螺母的相关知识了解,分享有关螺栓、螺母常见失效形式以及失效的因素。
1、装配拧拉断裂拧拉断裂特征为断裂部位明显缩颈伸长。
常见因素主要是联接面摩擦系数过小;拧紧或预紧时施加的扭矩过大、施加扭矩时套筒与螺纹不同轴、施加扭矩时速度过快;零件本身的性能强度不够以及紧固面与螺纹中心线垂直度超差。
2、螺纹受剪切力拧断受剪切力拧断的断口部位一般有螺旋状,无明显缩颈,造成螺纹受剪切力拧断的。
常见因素是螺纹在拧紧过程中被卡死,例如:螺纹变形、相互联接的牙型不一致、螺纹有焊渣灯情况;螺栓拧进的断面被顶住,如螺母为盲孔的有效螺纹深度不够。
3、应力集中部位使用后断裂应力集中部位使用后断裂常见表现在螺栓头部及头部与螺纹杆过度的直角部位,主要因素为头部与螺纹杆过度的直角部位圆角过小;螺栓冷镦成型时在头部的塑性流线存在缺陷。
被连接面与螺栓垂直度超差。
4、疲劳断裂在螺栓连接后使用的过程中主要的断裂为疲劳断裂,常见因素有:预紧力不足;夹紧力衰减过大;螺栓尺寸、性能不合格;零件之间的相互配合、装配环境、使用工况不能满足设计要求。
5、延时断裂延时断裂常见因素为氢脆,氢脆是在生产过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢,在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。
常见易发生氢脆的紧固件有:自攻钉、弹性垫圈、级以上的经过电镀表面处理的螺栓。
6、零件扭矩报警零件扭矩报警常见发生在通过角度法控制扭矩的螺栓装配过程中。
主要因素有:原因为零件的装配扭矩控制范围不合理,表现为设定控制范围过小、控制范围往上或往下偏移。
没有预紧到预设角度,扭矩达到上限报警:因素为零件本身摩擦系数超上限、零件配合摩擦系数超上限、零件之间干涉,造成装配扭矩急剧上升。
正常装配,扭矩下限报警:因素为零件本身摩擦系数超下限或零件配合摩擦系数超下限,零件拧入时贴合扭矩大于初始扭矩(也即拧入力矩消耗过大),常见于锁紧螺母的拧紧。
螺栓从根部断裂的原因
螺栓从根部断裂的原因
螺栓从根部断裂的原因有多种，以下是其中的一些常见原因：
1. 过度紧固：螺栓在安装过程中过度紧固，会导致螺栓的应力超过其承受极限，从而导致螺栓从根部断裂。
2. 疲劳断裂：螺栓在长期使用过程中，由于受到重复的载荷作用，会逐渐产生微小的裂纹，当这些裂纹达到一定程度时，就会导致螺栓从根部断裂。
3. 材料缺陷：螺栓的制造过程中可能存在材料缺陷，如夹杂、气孔等，这些缺陷会导致螺栓的强度降低，从而容易发生从根部断裂的情况。
4. 热膨胀：在高温环境下，螺栓由于热膨胀的原因，会受到额外的应力，从而导致从根部断裂。
5. 腐蚀：螺栓在潮湿、腐蚀的环境中使用，会导致其表面产生腐蚀，从而降低其强度，容易发生从根部断裂的情况。
为了避免螺栓从根部断裂，需要注意以下几点：
1. 在安装螺栓时，不要过度紧固，应该根据设计要求和实际情况确定适当的紧
固力。
2. 定期检查螺栓的状态，如有发现裂纹、变形等情况，应及时更换。
3. 在高温环境下使用螺栓时，应选择能够承受高温的材料。
4. 在潮湿、腐蚀的环境中使用螺栓时，应选择具有抗腐蚀性能的材料，并采取防腐措施。
5. 在制造螺栓时，应注意材料的质量，避免出现材料缺陷。
螺栓断裂原因分析及预防
螺栓断裂原因分析及预防摘要：本文通过对失效螺栓及同批次的零件进行理化分析和无损检测。
对断裂件进行了宏观、微观断口观察、金相组织检查、硬度、化学成分、破坏拉力等一系列试验，经分析找出螺栓失效原因，并提出预防措施。
关键词：螺栓断裂回火脆化螺栓作为飞机上重要的紧固件，其发生断裂危害较大。
我厂修理过程中使用的螺栓主要为M4、M5、M6、M8和M10等规格，然而在某产品装配和停放过程中，某批次30CrMnSiA M8的螺栓先后发生脆性断裂。
引起工厂高度重视，因为螺栓发生脆断，不论是氢脆断裂，还是热处理造成的脆性断裂大都与“批次性”问题有关，涉及数量多，危害大，组织专业人员对螺栓在装配过程中及装配一段时间后发生断裂的原因进行了分析，并对后续的预防工作，提出了建议和方案。
1 宏观、微观检查对断裂螺栓进行宏观观察：发现断裂位置接近于第一扣螺纹处见（图1）。
断裂处螺纹表面未发现有明显的机械接触痕迹，如压坑、啃刀、划伤等表面缺陷，也未发现热处理表面烧蚀痕迹、螺纹变形等现象，没有局部麻点、剥蚀等缺陷。
断裂螺栓螺纹牙底呈线性起源，放射棱线粗大，断口附近无明显宏观塑性变形，断口齐平，呈暗灰色，断面粗糙，具有金属光泽（图2）。
图1断裂螺栓图2螺栓断口图3 螺栓整体形貌对裂纹断口进行观察，断口特征呈现以沿晶为主＋韧窝的混合断裂形貌，且断口源区未见冶金和加工等产生的缺陷。
对同批次的螺栓抽样进行了磁粉检测，在螺纹的根部没有发现表面或近表面裂纹，对螺栓进行X射线检测，也没有发现内部缺陷。
同批螺栓见图3。
2 材质检验2.1成份分析抽取同批次的螺栓去掉镀层后制取化学粉末，采用碳、硫联合测定仪对碳、硫含量进行了检测，利用QSN750光谱仪对其它元素进行了检测，结果见(表1)，螺栓的化学成分符合技术要求，但含碳量较高。
表1 化学成份检测结果表2.2 金相分析在靠近断口位置切取金相试样，镶嵌、磨抛、腐蚀后，显微镜对试样进行组织观察，螺栓显微组织为较粗大的回火马氏体（图4）。
螺栓螺母匹配与螺栓断裂的原因
螺栓螺母匹配与螺栓断裂的原因螺栓和螺母是机械连接中常见的一种紧固件，它们通常用于将两个或多个零件固定在一起。
然而，在使用过程中，我们经常会遇到螺栓断裂的情况。
螺栓螺母匹配与螺栓断裂之间存在一定的关系，下面将详细介绍其原因。
螺栓断裂可能是由于螺栓本身的质量问题所导致的。
螺栓在制造过程中，如果使用了低质量的材料或者制造工艺不合格，会导致螺栓的强度不足。
当受到外力作用时，螺栓容易发生断裂现象。
螺栓在使用过程中可能会受到过大的载荷作用，从而导致断裂。
例如，在某些工作场合中，由于外力的作用，螺栓所承受的拉力或剪力超过了其承载能力，就会造成螺栓的断裂。
此外，如果在螺栓连接中存在过紧或过松的情况，也会对螺栓产生不利影响，导致螺栓断裂。
螺栓的螺纹与螺母的螺纹匹配不良也是导致螺栓断裂的原因之一。
螺栓和螺母之间的螺纹是紧密配合的，如果螺栓和螺母的螺纹间隙过大或过小，都会对螺栓的强度和稳定性造成影响，进而引起螺栓的断裂。
此外，如果螺栓和螺母的螺纹形状不匹配，也会导致紧固件的稳定性下降，从而引起螺栓断裂。
使用不当也是螺栓断裂的常见原因之一。
在拧紧螺栓时，如果操作不当，比如使用过大的力量或者过快的速度，就会对螺栓产生过大的应力，导致螺栓的断裂。
螺栓的使用环境也会对螺栓的稳定性产生影响，进而导致螺栓断裂。
例如，在高温或低温环境下使用的螺栓，由于温度变化导致膨胀和收缩，容易产生应力集中，从而引起螺栓的断裂。
另外，在潮湿或腐蚀性环境下使用的螺栓，由于腐蚀作用，会削弱螺栓的强度，增加螺栓断裂的风险。
螺栓和螺母的匹配与螺栓断裂之间存在一定的关系。
螺栓断裂可能是由于螺栓质量问题、过大的载荷作用、螺纹匹配不良、使用不当以及使用环境等多种因素共同作用所致。
为了避免螺栓断裂的发生，我们在选择和使用螺栓时应注意选择质量可靠的产品，合理设计和控制载荷，保证螺栓和螺母的螺纹匹配良好，正确使用工具和操作方法，并根据使用环境选择合适的螺栓材料，以确保螺栓连接的稳定性和安全性。
螺栓断裂分析报告
螺栓断裂分析报告一、引言螺栓是一种常见的连接元件，在机械设备和结构工程中得到广泛应用。
然而，螺栓在使用中可能会发生断裂，给机械设备和结构的安全运行带来隐患。
本报告旨在对螺栓断裂进行分析，并提供解决方案，以确保设备和结构的安全性。
二、螺栓断裂原因分析1.质量问题：螺栓断裂可能是由于螺栓本身存在质量问题所致，如材料强度不符合标准、制造工艺不良等。
为此，应关注螺栓的采购渠道和制造工艺，并严格按照相关标准进行选择和检测。
3.腐蚀问题：腐蚀是导致螺栓断裂的常见原因之一、在潮湿、酸性或碱性环境中，螺栓易受到腐蚀，使其材料的强度降低。
因此，在腐蚀环境中应选择抗腐蚀性能良好的螺栓材料，并进行定期维护保养。
4.紧固力不均匀：不正确的紧固力分布可能导致螺栓在负载过程中承受不均匀的力，从而引发断裂。
在安装过程中，应根据设备或结构的要求，采用正确的紧固力分布方案，并进行定期检查和调整。
三、螺栓断裂的解决方案1.优化选材：根据设备或结构的负荷、工作环境等要求，选择合适的螺栓材料。
关注材料的强度、韧性、抗腐蚀性等指标，并遵循标准进行选材。
2.合理设计螺栓连接：根据实际负荷情况和工作要求，合理选用螺栓的规格、数量和布置方式，并确保紧固力的均匀分布。
在设计过程中，可以借助有限元分析等工具来验证螺栓连接的安全性。
3.定期检查和维护：对于暴露在恶劣环境中的螺栓，应定期进行检查和维护，特别是针对腐蚀环境。
清洁螺栓表面，涂覆抗腐蚀涂层，必要时更换受损螺栓，以延长其使用寿命。
4.强化管理和培训：通过建立规范的螺栓管理制度和培训机制，提高操作人员的专业水平，加强螺栓使用和维护的知识宣传，以减少螺栓断裂的发生。
四、结论螺栓断裂是机械设备和结构工程中常见的问题，但可以通过合理选材、优化设计、定期维护和加强管理来减少其发生。
对于已经断裂的螺栓，应及时进行更换，并对其断裂原因进行调查分析，以避免类似问题再次发生。
通过以上措施的综合应用，能够提高螺栓连接的安全性和可靠性，保证设备和结构的正常运行。
几种紧固件断裂现象及原因分析[2]
冷镦紧固件的生产检验工艺流程
1、化学成分 2、表面脱碳及偏析
进料 ——— 拉拔 ——— 球化退火
3、脱碳层检验
———拉拔———冷镦———滚丝 ———热处理————表面处理
6、螺纹检验
7、破断拉力 8、硬度 9、脱碳层源自4、外径检验5、尺寸检验
10、盐雾 试验
一、几种冷拔工艺引起的失效实例 1、一次形变量太大引起内部拉断
40Cr
38CrSi 20MnTiB 30CrMnTi 30CrMnSi 20CrNi3A 12Cr2Ni4A
250～350 200-280 ℃
300～370 ℃
250～380 ℃ 250～350 ℃ 250～350 ℃ 300～400 ℃
第二类回火脆性 500 ～550 ℃ 510～610 ℃ 500～650 ℃ 450～550 ℃ 520 ℃ 左右 500～600 ℃ 450～650 ℃ 450～550 ℃ 490-550 ℃ 400～450℃ 460～650 ℃ 450～550 ℃
37CrNi3
480～550 ℃
举40Cr钢为例
•40Cr 300～370 ℃ 450～650 C 用40Cr做10.9级℃螺栓， •硬度要求是HRC34—39 •一般热处理工艺是： 淬火温度860 ℃ ，回火温度500 ℃
三、脱碳层检验
1、线材球化退火后的脱碳层检验
2、电镀后的脱碳层检验
镀锌为例
二、网带炉热处理
1、较大件的热处理 （Φ30以上） 42CrMo Ms:360℃ Mf:170 ℃
2、如何解决回火脆性
常用钢产生回火脆性的温度范围 钢号 第一类回火脆性 30Mn2 250～ 350 ℃ 25Mn2V 250～ 350 ℃ 35SiMn 45Mn2B 20MnVB 200～260 ℃ 40MnVB 200～350℃ ℃
紧固件断裂失效类型及原因分析
紧固件断裂失效类型及原因分析前言机器或钢结构件是由许多个零件和部件组成，这些零件和部件绝大部分是通过螺纹紧固件连接在一起的。
一旦紧固失效将造成机器失灵，严重者甚至出现人员伤亡事故。
由于紧固失效的常见性和潜在的严重性，所以我们应认真仔细地分析并找出紧固失效的原因，采取纠正措施，以杜绝紧固失效的发生。
紧固失效有两种，一种是螺栓断裂，被紧固零件瞬间分离，这种失效往往会造成严重的后果；还有一种是螺纹副松动和螺栓或螺母滑牙，被紧固零件出现一定范围的相互位移，造成机器部分功能失常。
人们发现，及时采取措施可以避免事故的发生。
如因未发现任其继续发展，螺栓和螺母终将分离，同样会引发重大安全事故。
紧固失效后直观现象是螺栓断裂或螺母与螺栓分离，因此人们一般认为螺栓断裂是螺栓质量有问题，螺母松动是螺母质量不好。
大家往往忽略了设计和安装中的问题。
一、剪切断裂剪切断裂出现在螺栓只受预紧力的连接中（见图1）。
剪切断口出现在螺栓杆部，位于两个被紧固零件的结合面处（见图1），断口有小面积的平整光亮剪切面。
出现剪切断裂有下列原因：图1 图21、设计原因⑴被紧固零件的结合面间摩擦系数太小或螺栓规格不够大造成预紧力F＇不够，即：fF＇＜F ( f-结合面间的摩擦系数 )此时结合面间摩擦力小于横向工作载荷F，被紧固零件出现相对滑移，螺栓承受孔壁的挤压，当挤压力足够大时螺栓被剪切断。
在运动部件上因冲击力更大，所以出现的可能性也更大。
为了避免这种现象的发生，在设计上可以采用减载件和台阶来承受横向载荷，使螺栓仅起纯连接作用（见图2）。
⑵在振动工作环境下工作零件的紧固，未采用具有防松功能的紧固件。
在工作一段时间后，紧固件螺纹副出现松动，螺栓夹紧力（预紧力F＇）下降，此时也将发生上述同样的结果。
为了避免因松动而造成紧固失效，设计时应采用具有防松功能的紧固件，如美国施必牢防松螺母、有效力矩螺母。
2、装配原因装配时预紧扭矩过小，造成预紧力不够，即F＇小，出现上述同样的结果。
螺栓断裂(1)
螺栓断裂简介螺栓断裂是指螺栓在受力过程中发生断裂现象。
螺栓作为连接紧固件，广泛应用于机械设备、汽车、航空航天等领域。
螺栓的断裂可能给设备带来严重的损坏甚至危险。
本文将从螺栓断裂的原因、检测方法以及预防措施等方面进行介绍和讨论。
原因螺栓断裂原因众多，主要可以归纳为以下几个方面：1. 载荷过大过大的载荷是螺栓断裂的主要原因之一。
当设备在运行过程中受到超过螺栓所能承受的最大载荷时，螺栓很容易发生断裂。
此外，载荷过大还会导致螺栓的拉伸和应力集中，加剧了螺栓断裂的风险。
2. 过紧或过松的紧固力过紧或过松的紧固力都会导致螺栓断裂。
当螺栓被过紧固定时，可能会导致螺栓超载断裂。
而过松的紧固力则会导致螺栓在运行过程中受到额外的振动和冲击，增加了螺栓断裂的风险。
3. 材料质量问题螺栓的材料质量也是导致螺栓断裂的重要原因之一。
如果螺栓的材料存在缺陷或者不符合标准，就会导致螺栓在承受载荷时出现断裂。
此外，螺栓的表面处理以及生产工艺等也会影响螺栓的断裂强度。
4. 腐蚀和疲劳腐蚀和疲劳也是导致螺栓断裂的常见原因。
腐蚀会降低螺栓的强度和韧性，增加螺栓断裂的风险。
而疲劳则是由于螺栓长时间受到交替载荷作用，导致螺栓产生裂纹并最终断裂。
检测方法及早检测螺栓断裂的迹象对于设备的安全运行至关重要。
以下是一些常用的螺栓断裂检测方法：1. 目视检查目视检查是最简单直接的螺栓断裂检测方法之一。
通过观察螺栓的外观是否有明显的破裂或变形，可以初步判断螺栓是否存在断裂的风险。
2. 超声波检测超声波检测是一种非破坏性检测技术，可以用于检测螺栓内部的裂纹和缺陷。
通过将超声波传感器放置在螺栓上，可以探测到螺栓内部的声波反射情况，从而判断螺栓是否存在断裂的问题。
3. 磁粉检测磁粉检测是一种常用的金属表面检测方法，也可以用于螺栓的断裂检测。
通过在螺栓表面涂覆磁粉，并施加磁场，可以发现螺栓表面的裂纹和缺陷。
4. 强度测试通过对螺栓的强度进行测试，可以评估螺栓的是否存在断裂的风险。
螺栓拧紧过程断裂原因
螺栓拧紧过程断裂原因
螺栓在拧紧过程中断裂的原因可能有多种，下面我会从多个角
度来解释。
首先，螺栓拧紧过程中断裂的原因可能与螺栓本身的质量有关。
如果螺栓的材料质量不佳，或者存在制造缺陷，那么在受到一定的
拉力或扭矩时就容易发生断裂。
此外，螺栓的表面处理也可能影响
其耐久性，例如表面的氧化、腐蚀等问题都可能导致螺栓在拧紧过
程中断裂。
其次，螺栓拧紧过程中断裂的原因还可能与拧紧力的控制不当
有关。
如果在拧紧螺栓时施加的力或扭矩超过了螺栓所能承受的极限，就容易导致螺栓断裂。
这可能是由于操作人员对于螺栓拧紧规
范的不了解或者操作不当所致。
此外，安装环境和条件也可能对螺栓的断裂起到影响。
例如，
如果螺栓在高温、高压或者腐蚀性环境下使用，就容易导致螺栓材
料的疲劳、腐蚀等问题，从而加速螺栓断裂的过程。
最后，螺栓拧紧过程中断裂的原因还可能与设计安装的不合理
有关。
如果在设计中没有考虑到螺栓的受力情况、安装环境等因素，就容易导致螺栓在使用过程中断裂。
综上所述，螺栓在拧紧过程中断裂的原因可能涉及材料质量、
拧紧力控制、安装环境和设计等多个方面。
为了避免螺栓断裂，需
要在选择螺栓时注意质量，合理控制拧紧力，考虑安装环境，并在
设计中充分考虑螺栓的使用情况。
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紧固件螺栓断裂的原因有多种多样,归纳来说,一般螺栓的损坏由应力因数、疲劳、腐蚀和氢脆等原因形成。
1、应力因数
超过常规应力(超应力)由剪切、拉伸、弯曲和压缩中的任一个或其组合而产生。
大多数设计人员首先考虑的是拉伸负荷、预紧力和附加实用载荷的组合。
预紧力基本是内部的和静态的,它使接合组件受压。
实用载荷是外部的,--般是施加在紧固件上的循环(往复)力。
拉伸负荷试图将接合组件抗开。
当这些负荷超过螺栓的屈服极限时,螺栓从弹性变形变为塑性区,导致螺栓永久变形,因此在外部负荷除去时不能再恢复原先的状态。
类似原因,如果螺栓上的外负荷超过其极限抗拉强度,螺栓将断裂。
螺栓拧紧是靠预紧力扭转得来的。
在安装时,过量的扭矩导致超扭矩,同时也使紧固件受到了超应力而降低了紧固件的轴向抗拉强度,即在连续扭转的螺栓与直接受张力拉伸的相同螺栓相比,屈服值比较低。
这样,螺栓有可能在不到相应标准的最小抗拉强度时就出现屈服。
扭转力矩大可以使螺栓预紧力增大.使接合松弛相应减少。
为了增加锁紧力,预紧力一般采取上限。
这样,除非屈服强度和极限抗拉强度之间差异数目很小,一般螺栓不会因扭转而出现屈服现象。
剪切负荷对螺栓纵轴方向施加一个垂直的力。
剪切应力分为单剪应力和双剪应力。
从经验数据来讲,极限单剪应力大约是极限抗拉应力的65%。
许多设计人员优选剪切负荷,因为它利用了螺栓的抗拉和抗剪强度,它主要起类似销钉的作用,使受剪切的紧固件形成相对简单的联接.缺点是剪切联接使用范围小而且剪切联接不能经常使用,因其要求更多的材料和空间。
我们]知道,材料的组成成分和精度也起一定的决定性。
但是,将抗拉应力转换成剪切负荷的材料数据往往却是得不到的。
紧固件预紧力影响剪切联接的整体性。
预紧力越低,在与螺栓接触时接合层越易滑动。
剪切负荷能力通过乘以橫平面数计算(一个剪切平面通称单剪,两个剪切平面通称双剪),这些平面应该是无螺纹螺栓的横截面。
我们不提倡设计通过螺纹的剪切,因为紧固件的剪切强度可在横截面变化时被应力集中克服。
在核定紧固件剪切强度时,有些设计人员采用抗拉应力面积,而另一些设计人员优选小直径截面。
如果剪切联接中螺栓扭转到规定值,接触层的配合面在外未超过摩擦阻力前,不能开始滑动。
增加配合面之间的摩擦可提高联接的整体性,有时候由于零件的大小及设计的需要,会限制必须使用螺栓的数目。
除了拉伸负荷和剪切负荷外,弯曲应力是螺栓经受的另一个负荷,是由不垂直于螺栓纵轴方向的、在承载面和配合面的位置的外力所引起的,从整体上来讲,紧固件联接越简单,其整体性和可靠性就越大。
2、疲劳
现在工业紧固件的有关条例,没有专门立法指示供应商必须采购符合工业标准的关键元件,特别是没有提到造成紧固件失效的主要原因一一疲劳。
疲劳造成的损坏估计要占到紧固件失效的总量的85%。
螺栓中的疲劳是循环拉伸负荷的不断作用,这样螺栓受到比较小的预紧力和交变工作负荷的作用。
在长期受到这类双重负荷情况下,螺栓在小于它们额定抗拉强度下就会造成失效。
疲劳寿命取于加载应力循环的次数和振幅。
有些受压的联接件.如压机、冲压设备和模压机械中也可能存在疲劳断裂。
操作时的动力与预紧力之间产生多种复合应力。
如在反复拉伸运动中,应力变化次数和振幅大小受到疲劳程度、损坏程度的影响。
典型的工业紧固件如内六角螺钉,在一定的弹性范围内,恒定地伸长和回复到原来的形状。
如果受到超过正常的应力作用,超过了弹性范围,它们就会产生永久变形直到最后断裂。
伸长-回复一伸长的行为称为循环。
一个内六角螺钉大约可承受每天240~10°个循环(最多)。
图3 改良的Goodman图
虚点对角线预示持续10个百万循环,以90%概率交变螺钉负荷的平均值。
实对角线显示当螺钉预紧力到100ksi时,动态负荷与平均应力的最大偏差是土12ksi。
紧固件因受到峰值到峰值的反复应力循环,最终将发生开裂。
断裂通常发生在紧固件最易损坏的点,工程师称之为“最大应力集中区域”。
一旦应力集中处产生微裂纹后继续受到应力,裂纹会迅速扩展,紧固件就发生疲劳损坏。
制造工业用紧固件的企业正不断探索新的成型工艺,不断设计开发能够克服上述致命弱点的、新的制造方法。
疲劳破坏最常见的位置包括联接处(即第一受载螺纹)、齿根圆角、螺纹、螺纹终止处。
由于加工业已通过开发更好的材料和生产方法提高了疲劳强度,所以螺纹就变成了紧固件的最薄弱的点,目前也是疲劳破坏中最高比例的损坏原因。
设计的应力变量及紧固件性能特点间的相互关系使设定疲劳强度的标准成为-一个困难任务,目前是用“至断裂的循环”数目确定以及系列紧固件的相对强度来测量,这是一个复杂的过程。
3、腐蚀
螺栓断裂另一原因是腐蚀。
腐蚀有许多形式,包括普通腐蚀、化学腐蚀、电解腐蚀和应力腐蚀。
电解腐蚀是:首先紧固件暴露在外,受到雨水或酸雾等各种湿润试剂的侵蚀,这些都是电解质,都会使紧固.件产生化学腐蚀;其次,紧固件的材料不同,它们的电解电位不同,电位差很容易产生“微电池”。
设计人员应根据金属的相容性尽量选择电解电位接近的材料,同时消除电解质的产生的条件,以防止电解腐蚀的产生裂隙。
应力腐蚀是相对受限制的。
应力腐蚀在高拉伸负荷的作用下存在,它主要影响高强度合金钢的紧固件。
合金钢的紧固件(尤其是合金成分比较高的钢材)在应力的作用下很容易产生裂隙。
开始,一般在表面形成裂隙坑,然后进一步产生腐蚀,腐蚀后促使裂隙传播,其速率由螺栓上所受的应力和材料的断裂韧度来决定。
当剩下的材料功能到了不能承受施加的应力时,就会发生断裂。
4、氢脆
高强度钢紧固件(一般洛氏硬度为C36以_上)更易出现氢脆的情况。
氢脆是引起紧固件断裂的主要原因。
氢脆是氢原子进入并扩散到整个材料基体时的现象。
氢原子进人材料基体时,材料基体产生晶格:畸变,破坏了原来的平衡态,因此受到外力很容易开裂。
当外负荷施加到螺钉时,氢原子迁移到应力高度集中区,造成晶体界边缘之间极大的应力,这导致紧固件晶体颗粒间破裂。
当紧固件在安装前就含有临界状态的氢时,它通常会在24h以内产生断裂。
如果当氢进入紧固件后是不可能预测到什么时间会产生断裂。
所以设计人员在使用相关紧固件时,应规定选用有专门的工艺处理和使用潜在氢脆最小化的供应商。
5、其他因素
联接断裂不是始终直接与灾难性的紧固件断裂有关。
许多紧固件相关的因素,比如预紧力的丧失或紧固件联接疲劳可造成磨损;紧固件中心偏移,在使用中会产生噪声、泄漏,需要计划外的维护,否则会产生断裂。
例如,震动会降低螺纹的摩擦阻力,而且紧固件联接在安装后因工作负荷的施加而松弛,这些因素和螺栓的高温蠕变可导致预紧力丧失。
有时候联接的断裂可归于通过的孔太大或太小、承载面积太小、材料太软、负荷太高。
这些情况中的任何一个都不会造成螺栓的直接断裂,但会导致联接整体性的丧失或最终的螺栓断裂。