高强度螺栓钢延迟断裂分析

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耐延迟断裂高强度螺栓钢的微观组织分析

耐延迟断裂高强度螺栓钢的微观组织分析

耐延迟断裂高强度螺栓钢的微观组织分析导语:螺栓是机械连接中常用的紧固件,而高强度螺栓则在要求更高的负载和抗震能力的工程中发挥着重要作用。

为了提高高强度螺栓的可靠性和安全性,近年来,研究人员开始关注耐延迟断裂高强度螺栓钢的微观组织分析。

本文将对该研究领域进行探讨,并分析其对螺栓性能的影响。

1. 耐延迟断裂概述耐延迟断裂是指材料在长期加载下出现的断裂现象。

在高强度螺栓中,延迟断裂会导致螺栓的失效,从而给工程结构带来极大的危险。

因此,研究耐延迟断裂高强度螺栓钢的微观组织分析具有重要的意义。

2. 高强度螺栓钢的微观组织特征为了研究高强度螺栓钢的耐延迟断裂性能,首先需要对其微观组织进行分析。

高强度螺栓钢通常具有细小的晶粒尺寸和均匀分布的碳化物。

其微观组织的稳定性和均匀性对螺栓的强度和韧性具有重要影响。

3. 碳化物的分布与断裂行为碳化物是高强度螺栓钢中的重要组成部分,它们的分布对材料的断裂行为起到关键作用。

研究表明,碳化物的均匀分布可以提高螺栓的韧性,减少断裂的可能性。

而碳化物的聚集和不均匀分布则会导致应力集中,从而降低耐延迟断裂的能力。

4. 晶界与断裂晶界是晶体中相邻晶粒的界面,它在高强度螺栓钢中起到了重要的作用。

研究发现,晶界的特性对螺栓的断裂性能有显著影响。

粗大、不稳定的晶界会导致应力集中和断裂的产生。

因此,通过合理控制晶界的特性,可以改善高强度螺栓钢的耐延迟断裂性能。

5. 材料局部疲劳与断裂材料的局部疲劳是耐延迟断裂的重要因素之一。

高强度螺栓钢在长期受力下容易产生局部应力集中,从而导致疲劳断裂。

通过对材料的微细组织进行分析,可以了解局部疲劳的形成机制,并采取相应措施提高螺栓的延迟断裂性能。

6. 微观组织的调控与优化基于对高强度螺栓钢微观组织的分析,可以针对其中存在的问题进行优化和改进。

例如,通过热处理、合金掺杂、控制冷却速率等手段,可以调控晶粒尺寸和碳化物的分布,从而提高螺栓的韧性和耐延迟断裂性能。

高强度螺栓钢延迟断裂分析

高强度螺栓钢延迟断裂分析

高强度螺栓钢延迟断裂分析西宁特钢技术资料高强度螺栓钢延迟断裂分析一、高强度螺栓在实际运行中的受力情况及其性能要求螺栓在各种机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。

螺栓在安装时需要预先拧紧,因此都需要承受静拉伸载荷。

预紧力越大,连接强度和紧固、密封性就越大。

除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外,通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸(交变)载荷、横向剪切(交变)载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用,有时还受到冲击载荷的作用。

通常情况下,附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动,轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂,而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。

因此,在应用高强度螺栓时,对材料成分、冶金螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的技术要求。

一般来讲,高质量、强度螺栓及其用钢应满足以下要求:(1) 高的抗拉强度,以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损。

(2) 较高的塑性和韧性,以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。

(3) 对于在海边、河边、油田等潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓,要求螺栓材料具有足够低的延迟断裂敏感性,以保证螺栓工作时安全可靠。

(4) 对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓,要求具有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力,以抵抗疲劳、多冲断裂。

(5) 对于在严寒地区或低温下工作的螺栓,还要求具有低的韧-脆转化温度。

(6) 中小直径螺栓往往多采用冷镦成形螺栓头和搓(滚)丝生产工艺,这就要求材料具有良好的冷镦等冷加工工艺性能。

二、高强度螺栓钢的延迟断裂及特征钢的回火马氏体组织具有良好的强度和韧性配合,而且还可以通过调整碳和合金元素等添加元素的种类、数量和热处理工艺而控制其强度,因此在合金钢中得到了十分广泛的应用。

然而回火马氏体钢在自然环境下易发生延迟断裂,且延迟断裂敏感性随着强度的提高而增大。

同时,高强度螺栓属于缺口零件,具有很高的缺口敏感性,容易在缺口集中部位如杆与头部的过度处或螺纹根部产生延迟断裂。

耐延迟断裂高强度螺栓钢的应力腐蚀行为研究

耐延迟断裂高强度螺栓钢的应力腐蚀行为研究

耐延迟断裂高强度螺栓钢的应力腐蚀行为研究引言耐延迟断裂高强度螺栓钢的应力腐蚀行为是一个重要的研究领域,因为这种材料经常被用于承载重要的结构装配。

在工程中,螺栓的断裂可能引发严重的事故,因此了解螺栓钢在应力腐蚀条件下的行为是至关重要的。

本文旨在对耐延迟断裂高强度螺栓钢在应力腐蚀环境中的性能进行深入研究,并探讨可能的影响因素及其对材料性能的影响。

1. 耐延迟断裂高强度螺栓钢的定义和应用耐延迟断裂高强度螺栓钢是一种具有优异工作性能和耐腐蚀性的材料。

它们通常用于承受高压和高应力环境下的结构装配,例如桥梁、建筑、机械设备等。

这种材料的特点是具有较高的抗拉强度和耐腐蚀性,能够在极端条件下保持其结构完整性。

2. 应力腐蚀行为的定义和机理应力腐蚀是一种特殊的腐蚀形式,其主要特点是在存在应力和特定腐蚀介质的情况下,材料出现失效现象。

应力腐蚀行为通常被描述为材料在受到应力作用下腐蚀速度加快的现象。

应力腐蚀行为的机理涉及以下几个关键过程:(1) 应力作用下的局部点腐蚀:应力可以促进腐蚀产物的排出,导致局部点腐蚀的形成。

(2) 应力引起的材料微结构变化:应力可以引起材料的局部变形和晶界溶解,促进腐蚀产物的析出。

(3) 应力下腐蚀介质的渗透:应力作用下,腐蚀介质可以更容易地渗透到材料内部,并引发腐蚀反应。

3. 影响耐延迟断裂高强度螺栓钢应力腐蚀行为的因素耐延迟断裂高强度螺栓钢的应力腐蚀行为受多种因素的影响,包括以下几个关键因素:(1) 物理性能:材料的抗拉强度、硬度、韧度等物理性能会直接影响其在应力腐蚀环境中的性能。

(2) 腐蚀介质:不同的腐蚀介质对耐延迟断裂高强度螺栓钢的腐蚀行为具有差异性影响,包括温度、环境湿度、氧化剂等。

(3) 应力水平:应力水平是导致耐延迟断裂高强度螺栓钢在应力腐蚀下失效的一个主要因素。

高应力会导致材料更容易发生腐蚀反应,从而加速断裂和损坏的发生。

4. 应力腐蚀行为研究方法为了研究耐延迟断裂高强度螺栓钢的应力腐蚀行为,研究人员通常采用以下几种方法:(1) 加速试验:通过在实验室环境中加速模拟材料在实际使用中可能遇到的应力腐蚀环境,以便更准确地评估其性能。

耐延迟断裂高强度螺栓钢的断裂机理研究

耐延迟断裂高强度螺栓钢的断裂机理研究

耐延迟断裂高强度螺栓钢的断裂机理研究高强度螺栓钢在工程领域中扮演着重要的角色,其广泛应用于桥梁、建筑和机械设备等领域。

然而,由于工程中螺栓承受的力度大、环境复杂,常常会发生断裂事故,造成严重的安全隐患。

因此,对高强度螺栓钢的断裂机理进行研究显得尤为重要。

耐延迟断裂是指在外力作用下,材料发生断裂前经历了一段相对较长的持续性延迟,这种断裂形式通常伴随着裂纹的扩展。

相比传统的瞬态断裂,耐延迟断裂是一种具有特殊机制和特点的断裂形态。

高强度螺栓钢的耐延迟断裂机理主要可以归结为三个方面:材料微观组织特征、应力状态和环境因素。

首先,材料的微观组织特征对高强度螺栓钢的断裂机理起着重要的影响。

通常,高强度螺栓钢采用奥氏体钢、马氏体钢或混合组织来提高其强度和韧性。

这些组织的特点决定了螺栓钢在受力时的断裂过程。

例如,奥氏体钢具有较好的韧性和延展性,裂纹在材料中扩展的时间要比马氏体钢长。

因此,微观组织的选择和控制对于延缓高强度螺栓钢的断裂起到至关重要的作用。

其次,应力状态是影响高强度螺栓钢断裂机理的另一个重要因素。

应力可以导致材料中的裂纹扩展和形成原初裂纹。

高强度螺栓钢常常处于复杂的应力状态下,如受到拉伸、弯曲、压缩等多重应力的同时作用,这些应力的存在会导致螺栓钢疲劳开裂和断裂。

因此,合理控制应力状态,减少应力集中是延缓高强度螺栓钢断裂的关键。

最后,环境因素也对高强度螺栓钢的断裂机理产生一定影响。

在实际工作条件下,高强度螺栓钢暴露在不同的环境中,如高温、低温、湿度等,这些环境因素会加速螺栓钢的腐蚀和氧化,导致断裂的发生。

因此,了解材料在不同环境下的断裂性能,选择合适的防护措施,可以有效地延缓高强度螺栓钢的断裂。

综上所述,耐延迟断裂高强度螺栓钢的断裂机理是一个复杂的问题,涉及材料的微观组织、应力状态和环境因素等多个方面。

为了减少断裂事故的发生,需要在设计、制造和使用过程中加强对高强度螺栓钢的断裂机理研究,并采取相应的措施来控制和延缓断裂的发生。

利用纳米化技术改善耐延迟断裂高强度螺栓钢的机械性能

利用纳米化技术改善耐延迟断裂高强度螺栓钢的机械性能

利用纳米化技术改善耐延迟断裂高强度螺栓钢的机械性能纳米化技术在材料科学领域具有广泛的应用前景,可以通过改变材料的微观结构,来显著改善材料的机械性能。

在高强度螺栓钢的应用中,耐延迟断裂是一个重要的性能指标。

本文将探讨如何利用纳米化技术来改善耐延迟断裂高强度螺栓钢的机械性能。

首先,我们需要了解高强度螺栓钢的耐延迟断裂机制。

高强度螺栓钢常常遭受到复杂的应力环境,如拉伸、剪切和扭转等。

这些应力会导致螺栓表面的缺陷形成和扩展,最终引发断裂。

因此,提高高强度螺栓钢的抗断裂能力是关键。

纳米化技术可以通过调控材料的晶粒尺寸和晶界结构,来改善其机械性能。

首先,通过降低晶粒尺寸,可以提高材料的屈服强度和硬度。

较小的晶粒尺寸会限制位错滑移和晶界移动,从而增加材料的塑性变形能力,降低疲劳开裂的敏感性。

同时,纳米化技术还可以改善材料的晶界结构。

晶界是位错和原子的交错区域,通常是材料的强度和韧性的主要起因。

晶界的性质与材料的断裂性能密切相关。

通过纳米化技术改变晶界的组织结构,可以增强晶界的稳定性和阻止位错的扩展。

除了纳米化技术,还可以利用表面改性技术来进一步改善高强度螺栓钢的机械性能。

如利用化学镀、电化学处理等方法,可以在材料表面形成一个致密的保护层,提高钢材的疲劳寿命和耐腐蚀性能。

此外,纳米化技术还可以应用于高强度螺栓钢的涂层改进。

通过在材料表面涂覆纳米材料,可以增加涂层与基材的结合强度,提高材料的耐磨性和抗腐蚀性能。

同时,纳米涂层还可以减小摩擦系数,降低螺栓的摩擦损耗,并且提供更好的自润滑性能。

尽管纳米化技术在改善高强度螺栓钢的机械性能方面具有潜力,但仍然面临一些挑战。

首先,纳米结构的稳定性是一个问题。

在高温和高应力条件下,纳米晶体的晶粒会发生再长大和结晶,从而导致材料性能的下降。

因此,研究如何稳定纳米结构,是进一步推动纳米化技术应用的关键方向。

其次,纳米化技术的大规模制备和成本问题也需要解决。

纳米化技术要求对材料进行微观调控,需要精密的加工和控制手段。

高栓延迟断裂原因与预防方法(20230726)

高栓延迟断裂原因与预防方法(20230726)

高强度螺栓延迟断裂原因与预防方法穆金禄中铁大桥科学研究院有限公司目录前言 3一、建立高强度螺栓的断裂判据 4二、高强度螺栓延迟断裂的原因 14三、桥梁高强度螺栓断裂的趋势 18四、延迟断裂的高强度螺栓断口分析 19五、完善高强度螺栓的断裂判据 22六、预防高强度螺栓延迟断裂的方法22附:公式推导及专家对试验方法的审查意见 24前言桥梁上的高强度栓螺栓(以下简称高栓)都发生了不同数量的延迟断裂,高栓延迟断裂的原因主要有应力腐蚀开裂和氢脆等原因引起的高栓脆断。

发生延迟断裂的高栓长度绝大多数是90mm及以下的高栓;如南京某桥从1969年建成到1987年11月共断了127个高栓,其中:100mm的1个、90mm的4个其余122个是75mm的高栓[1];高栓断裂的部位大都断在丝扣处、且主要断在螺母下第一扣处。

若高栓的延迟断裂主要是由氢脆等原因引起的话,其断裂的长度范围和断裂的部位都应该是随机的,所以高栓的延迟断裂主要原因是由应力腐蚀开裂所引起的延迟断裂,氢脆和其它原因引起的脆断为次要原因。

本人用断裂力学的柔度标定法做高栓的柔度标定时发现:高栓的形位公差会使高栓承受一个由附加弯矩差生的弯曲拉应力,该拉应力与高栓预拉力的拉应力叠加后,若超过了其抗拉强度,就会在高栓拉应力最高处的局部开裂,此后高栓即开始了应力与腐蚀开裂的进程;试验还发现高栓的强度越接近高栓国标强度的上限、高栓的综合力学性能降低的越多、高栓断裂率也越高。

此外,用光弹性材料制成的螺栓做光弾试验,由其“纵向冻结切片”等差线图得知:螺母下第一扣处的应力集中系数最高,所以高栓大都在此处断裂。

一.建立高栓的断裂判据(一)高栓的病害与试验研究1.高栓病害情况介绍1961年我国用高栓在广西修建了第一座栓焊梁桥——雒容大桥,此后修建的各座大桥的高栓都发生了不同程度的延迟断裂。

1973年铁道部组织相关单位对已建的铁路桥梁和成昆铁路新建的多座栓焊梁桥做了调查,调查结果是各桥高栓的平均断裂率为2‰上下,断裂高栓的长度绝大部分是90mm 及以下的短高栓;断裂的高栓大都断在丝扣处,且主要断在螺母下第一扣处。

耐延迟断裂高强度螺栓钢的纳米晶化处理研究

耐延迟断裂高强度螺栓钢的纳米晶化处理研究

耐延迟断裂高强度螺栓钢的纳米晶化处理研究高强度螺栓钢是一种广泛应用于建筑、航空航天、汽车、机械和石化等行业的重要材料。

在高应力环境下,螺栓承受着巨大的拉力,因此其耐延迟断裂能力尤为关键。

为了进一步提升高强度螺栓钢的性能,纳米晶化处理成为一个备受关注的研究方向。

纳米晶化是通过将晶粒尺寸控制在纳米级别,从而调控材料的力学性能和断裂行为的一种方法。

具体而言,纳米晶材料的晶粒尺寸小于100纳米,相比于传统晶粒大小的材料,纳米晶材料具有更高的强度和硬度。

这使得纳米晶化成为一种被广泛研究和应用的技术,用于改善材料的抗变形和断裂能力。

在高强度螺栓钢的研究中,纳米晶化处理可以通过以下几个方面来实现对材料性能的改善。

首先,纳米晶化处理可以增强螺栓钢材料的强度。

晶体缺陷和界面强化效应是纳米晶材料强度提高的主要因素。

晶体的缺陷包括位错和晶界,当晶粒尺寸减小到纳米级别时,这些缺陷对材料的影响变得更加显著。

此外,纳米晶材料的晶界也可以阻止位错的滑移,从而增加了材料的硬度和强度。

其次,纳米晶化处理可以提升高强度螺栓钢的耐延迟断裂能力。

由于高应力环境下的螺栓工作条件,其断裂行为对工程结构的完整性至关重要。

纳米晶化处理能够改善材料的断裂韧性和抗裂纹扩展能力,从而提高螺栓钢的耐延迟断裂能力。

通过细化晶粒尺寸和改善晶界的连续性,纳米晶化处理能够使材料更容易吸收和分散应力,从而抑制裂纹的产生和扩展。

此外,纳米晶化处理还可以改善高强度螺栓钢的耐腐蚀性能。

高强度螺栓常常暴露在潮湿或腐蚀介质中,这可能会导致腐蚀疲劳和断裂。

纳米晶化处理可以生成更均匀的晶界以及更大的扩散位错密度,从而降低晶界腐蚀和局部腐蚀的概率。

此外,纳米晶材料还具有更好的晶界扩散抑制作用,能够减少微观应力集中,降低腐蚀敏感性。

最后值得一提的是,纳米晶化处理虽然对高强度螺栓钢的性能提升有显著作用,但也存在一些技术挑战和问题。

一方面,纳米晶化处理的过程可能导致材料的塑性降低和脆性增加。

耐延迟断裂高强度螺栓钢的性能与应用

耐延迟断裂高强度螺栓钢的性能与应用

耐延迟断裂高强度螺栓钢的性能与应用高强度螺栓钢是一种在工程领域中广泛使用的连接材料,其性能直接影响着结构的安全和可靠性。

近年来,人们对螺栓钢的要求越来越高,尤其是对其耐延迟断裂性能的需求日益增加。

耐延迟断裂高强度螺栓钢的研究和应用已经成为当前螺栓钢领域的热点。

延迟断裂是当材料受到持续外力作用时,在一段时间后发生的断裂现象。

在一些工程结构中,螺栓承载着巨大的力量,长期受力会导致螺栓材料发生延迟断裂,从而造成结构的失效。

为了提高螺栓钢的耐延迟断裂性能,研究人员在螺栓钢的制备过程中加入了一些稀土元素等微量添加剂,使螺栓钢的晶粒尺寸更加细小且均匀,从而提高了其延迟断裂韧性和强度。

耐延迟断裂高强度螺栓钢具有以下几个显著的优点:首先,耐延迟断裂高强度螺栓钢的强度明显高于传统的螺栓钢。

其高强度使得螺栓能够承受更大的载荷,提高结构的安全性。

其次,耐延迟断裂高强度螺栓钢具有较好的延迟断裂韧性。

由于晶粒尺寸的细小和均匀性,使延迟断裂现象的出现时间被大大延缓。

这样,在结构受到临界载荷时,螺栓钢能够更好地抵抗断裂,提高结构的稳定性和可靠性。

此外,耐延迟断裂高强度螺栓钢还具有较好的耐腐蚀性能。

在一些特殊环境中,例如海洋、化工厂等场景,螺栓钢容易发生腐蚀,从而大大减低其承载能力和使用寿命。

耐延迟断裂高强度螺栓钢通过添加特殊的合金元素,能够有效抵抗腐蚀,提高了其耐久性。

现如今,耐延迟断裂高强度螺栓钢已经广泛应用于各个领域。

在桥梁、高楼、铁路、汽车等结构中,我们可以看到使用了耐延迟断裂高强度螺栓钢的连接件。

这些结构所用的高强度螺栓能够保持长期稳定的性能,确保结构的安全性和可靠性。

此外,在一些重要设备制造领域也广泛运用了耐延迟断裂高强度螺栓钢。

例如发电机组、航空航天设备等,对于这些设备的可靠性要求非常高,使用耐延迟断裂高强度螺栓能够提供长期的稳定连接,确保设备的正常运行和人员的安全。

综上所述,耐延迟断裂高强度螺栓钢具有高强度、良好的延迟断裂韧性和耐腐蚀性能等优点,已经成为工程领域中不可或缺的连接材料。

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高强度螺栓钢延迟断裂分析一、高强度螺栓在实际运行中的受力情况及其性能要求螺栓在各种机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。

螺栓在安装时需要预先拧紧,因此都需要承受静拉伸载荷。

预紧力越大,连接强度和紧固、密封性就越大。

除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外,通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸(交变)载荷、横向剪切(交变)载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用,有时还受到冲击载荷的作用。

通常情况下,附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动,轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂,而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。

因此,在应用高强度螺栓时,对材料成分、冶金质量、螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的技术要求。

一般来讲,高强度螺栓及其用钢应满足以下要求:(1)高的抗拉强度,以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损。

(2)较高的塑性和韧性,以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。

(3)对于在海边、河边、油田等潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓,要求螺栓材料具有足够低的延迟断裂敏感性,以保证螺栓工作时安全可靠。

(4)对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓,要求具有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力,以抵抗疲劳、多冲断裂。

(5)对于在严寒地区或低温下工作的螺栓,还要求具有低的韧-脆转化温度。

(6)中小直径螺栓往往多采用冷镦成形螺栓头和搓(滚)丝生产工艺,这就要求材料具有良好的冷镦等冷加工工艺性能。

二、高强度螺栓钢的延迟断裂及特征钢的回火马氏体组织具有良好的强度和韧性配合,而且还可以通过调整碳和合金元素等添加元素的种类、数量和热处理工艺而控制其强度,因此在合金钢中得到了十分广泛的应用。

然而回火马氏体钢在自然环境下易发生延迟断裂,且延迟断裂敏感性随着强度的提高而增大。

同时,高强度螺栓属于缺口零件,具有很高的缺口敏感性,容易在缺口集中部位如杆与头部的过度处或螺纹根部产生延迟断裂。

因此,高强度螺栓钢的延迟断裂是一个十分典型的事例,由此造成的事故屡屡发生,经济损失相当惊人。

延迟断裂,又称滞后断裂,是在静止应力作用下的材料,经过一定时间后突然脆性破坏的一种现象。

延迟断裂现象是材料-环境-应力相互作用而发生的一种环境脆化,是氢致材质恶化(氢损伤或氢脆)的一种形态。

对于氢致延迟断裂,所谓延迟是指恒载荷(或恒位移)条件下,原子氢通过应力诱导扩散富集到临界值需要经过一段时间,故加载后要经过一定时间后氢致裂纹才会形核和扩展。

如将原子氢除去后就不会发生延迟断裂,因此氢致延迟断裂属于可逆氢脆。

延迟断裂现象是妨碍机械制造用钢高强度化的一个主要因素。

它大体上可分为以下两类:(1)主要是由外部环境侵入的氢(外氢)引起的延迟断裂,如桥梁等使用的螺栓,在潮湿空气、雨水等环境中长期暴露而发生延迟断裂。

(2)酸洗、电镀处理等制造过程中侵入钢中的氢(内氢)引起的延迟断裂,如电镀螺栓等在加载后,经过几小时或几天的较短时间后而发生延迟断裂。

实际用钢在自然环境下发生延迟断裂的主要是回火马氏体钢,它一般具有以下特征:(1)在抗拉强度大于1200MPa、硬度≥38的强度水平时,延迟断裂的敏感性显著增大;(2)延迟断裂通常在室温附近发生,但是从室温到100℃附近,随温度的升高,延迟断裂的敏感性增大;(3)宏观上,延迟断裂没有伴随有大的塑性变形;(4)在静载荷下发生;(5)在较屈服强度低得多的应力下发生;(6)在发生低温回火脆性的温度350℃附近回火后,延迟断裂敏感性最大;(7)受原奥氏体晶界裂纹的支配。

三、高强度螺栓钢延迟断裂的主要影响因素高强度螺栓钢延迟断裂的主要影响因素为:1、强度的影响很多研究工作表明,随着高强度螺栓钢抗拉强度的提高,特别是当抗拉强度超过约1200MPa时,延迟断裂强度急剧降低,裂纹扩展速率增大或延迟断裂时间减少。

2、碳和常用合金元素的影响碳能明显提高钢的延迟断裂敏感性,特别是对高强钢的影响尤其明显。

碳含量的增加会带来钢中组织、结构的变化,它不仅使马氏体中碳的固溶度增大,还强烈地降低钢的Ms点,导致栾晶马氏体的产生,同时还增加晶界碳化物的数量,这是碳增加钢的延迟断裂敏感性的一个主要原因。

然而,适量的碳含量是获得所需的高强度所必需的。

一般认为,锰能增加高强度钢的延迟断裂敏感性。

锰与钢中杂质元素硫相结合,生成MnS夹杂物,氢诱发裂纹往往以MnS为起点而发生延迟断裂。

硅对高强度钢延迟断裂抗力的影响较为复杂。

一方面,硅能够抑制回火过程中ε碳化物的析出。

在应力腐蚀过程中H+容易在ε碳化物上获得电子变成原子氢,故加硅可以减少进入试样的氢量。

而且,硅能使氢的表现扩散系数明显下降,从而使应力腐蚀裂纹扩展速率下降。

研究表明,在1400MPa级的钢中复合添加硅和钙,通过改变晶界结合力和氢扩散行为,可以钢的延迟断裂敏感性。

另一方面,同锰元素一样,硅能促进杂质元素的晶界偏聚,这又会增加钢的延迟断裂敏感性。

对铬的影响至今仍没有一致的结论。

一般认为铬能使氢致延迟断裂敏感性增加,这在铬含量较低时更为明显。

然而,也有研究表明,在P、S、Mn含量不变的情况下,铬含量的增加能够抑制沿晶断裂的发生,从而提高钢的延迟断裂抗力。

镍为稳定奥氏体元素,能使钢中容易生成较多的残余奥氏体。

奥氏体对氢的固溶量大,可以捕集氢而使氢无害化;另外,局部碳含量高的不稳定残余奥氏体在应力的作用下容易转变为马氏体,又会增加延迟断裂敏感性。

镍对高强度钢的硫化氢应力腐蚀抗力和氢脆没有影响。

研究表明,镍能够在试样表面浓化而抑制氢的侵入,从而提高钢的延迟断裂抗力。

必须指出,合金元素对高强度钢延迟断裂抗力的影响比较复杂,在不同类型钢中合金元素的影响是由差别的,因而针对不同情况应作具体的分析。

在低合金钢的组成范围内,延迟断裂的倾向主要是由微观组织和环境决定的,合金元素的直接影响是有限的。

3、微观组织的影响由于钢的强度水平与钢的微观组织有着密切的关系,因而在一定强度水平下,钢的延迟断裂敏感性总是与某种特定的组织相联系。

不同的微观组织具有不同的延迟断裂敏感性。

一般来说,奥氏体、珠光体的延迟断裂敏感性比马氏体小,而在珠光体组织中,渗碳体的形状对延迟断裂敏感性有重要影响,含碳高的马氏体组织比含碳低的更容易脆化。

在自然环境下发生延迟断裂的主要是回火马氏体钢。

当合金成分一定时,热处理是控制微观组织的决定因素。

淬火回火钢在300~400℃的温度范围回火时,其耐延迟断裂性能急剧恶化,这是由于低温回火脆性与氢脆现象重叠的结果。

一般而言,晶界上析出渗碳体特别是薄膜状渗碳体会使延迟断裂敏感性显著增强。

因此,控制原奥氏体晶界碳化物的性质是改善高强钢耐延迟断裂性能的一种重要手段。

4、工艺因素的影响高强度螺栓的表面层磷化是引起其延迟断裂的一个重要因素。

这是由于在螺栓冷镦成形前的磷化处理会在螺栓表面形成一层不溶性的金属磷酸盐薄层(磷化层)。

该层在淬火回火过程中分解,使得磷在钢中扩散而导致螺栓表层磷浓化而降低晶界强度,从而促使延迟断裂的发生。

需在螺栓成形后进行表面润滑剂的清除,这会增加成本。

因此,伴随着螺栓的高强度化,非磷系润滑膜的开发也在进行中。

酸洗、电镀处理时侵入钢中的氢在应力的作用下向应力集中处富集同样会引起高强度螺栓的延迟断裂。

对此,对高强度螺栓特别是10.9级及其以上的螺栓需在电镀后4小时内进行脱氢的烘烤处理或者改用危害性较小的达克罗等其他表面处理方式。

改善螺纹牙沟的形状可降低应力集中程度,除可改善高强度螺栓的疲劳性能外,还可减少螺纹牙沟处氢的富集和扩散,亦可明显地提高高强度螺栓的延迟断裂抗力。

四、1Cr17Ni2及其耐延迟断裂性能的改善措施1Cr17Ni2属于马氏体型不锈钢,新牌号为14Cr17Ni2(GB/T 1220-2007),热处理后具有较高的力学性能,耐蚀性优于12Cr13(1Cr13)和10Cr17(1Cr17),多用于既要求高力学性能的可淬硬性,又要求耐硝酸、有机酸腐蚀的紧固件。

其钢棒的热处理制度为:退火,680~700℃高温回火,空冷;试样的热处理制度为:1)淬火,950~1050℃油冷;2)回火,275~350℃空冷。

金相组织的组织特征为马氏体型,属于回火马氏体钢,在自然环境下易发生延迟断裂。

高强度钢在冶炼、加工及使用过程中经常会有氢进入材料中,进入钢中的氢是极其有害的,即使进入极微量的氢,通过扩散和富集也会引起延迟断裂。

对于金属-氢系统,要发生延迟断裂过程,需经过氢的侵入、氢的扩散和富集、氢致裂纹萌生和扩展直至断裂。

氢在金属中的扩散和富集,作为氢与金属交互作用的过渡过程,是延迟断裂过程的前提和桥梁。

高强度钢的延迟断裂是由侵入钢中的可扩散氢引起的,其断裂特征主要为脆性沿晶断裂。

因此,如何提高氢陷阱有效性以降低可扩散氢浓度,并提高晶界强度,变沿晶脆性断裂为穿晶韧性断裂是改善高强度钢耐延迟断裂性能的基本出发点。

通过对高强度螺栓钢延迟断裂的分析,在材料冶金方面,改善1Cr17Ni2(14Cr17Ni2)耐延迟断裂性能的主要途径如下:(1)减少晶界偏析。

尽可能降低杂质元素磷含量(磷降低晶界结合强度)、硫含量(硫在腐蚀环境下促进氢的吸收),同时降低促进磷、硫共偏析的锰含量,防止晶界脆化。

(2)细化晶粒。

加入Al、Ti、Nb、V等元素,生产弥散析出的碳氮化物以细化奥氏体晶粒,在提高强度的同时,还可以改善韧性。

(3)调整合金元素(如添加镍、降低锰含量)以获得较高的缺口韧性。

(4)使侵入的氢无害化。

加入适量的微合金元素V、Ti、Nb等,形成细小的碳氮化物,不但可以细化淬火前奥氏体晶粒,还可以作为氢陷阱,抑制氢的扩散并使氢均匀分布。

(5)通过对炼钢用原辅材料、合金的烘烤以及VD脱气等方式,进一步降低钢中的氢含量。

(6)提高回火温度。

加入抗回火软化能力强的元素如钼、钒等,从而可以在保持强度不变的情况下,提高回火温度使碳化物球化,以避开容易引起晶界脆化的回火温度区域,并可使碳化物细小均匀。

(7)尽可能减少钢表面侵入的氢量,即添加抑制腐蚀坑生成的合金元素如钼元素。

通过上述途径,可以有效善高强度螺栓钢-1Cr17Ni2(14Cr17Ni2)的耐延迟断裂性能,提高钢的延迟断裂抗力。

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