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高强度螺栓断裂的原因与预防
发布时间:2025-12-19 16:23

高强度螺栓因其优异的性能在许多领域得到广泛应用,但它们也可能因为各种原因而发生断裂。以下是高强度螺栓断裂的一些主要原因及其预防措施的总结。

一、高强度螺栓断裂的原因

1

过载断裂

当高强度螺栓承受的超过其危险截面所能承受的拉应力时,所发生的断裂被称为过载断裂,这种断裂形式常为延性断裂。这种断裂与延性断裂类似,断口有明显的塑性变形,出现缩颈现象,并呈杯锥状。当塑性较好时,还会出现杯锥与轴线呈近似45º的夹角。

2

脆性断裂

一般把高强度螺栓断面收缩率小于5%(无明显塑性变形)的断裂,称之为脆性断裂。断口平齐光亮,常出现放射状、人字纹或光亮的结晶状。在光线下,可见闪闪发亮。

二、高强度螺栓断裂的预防措施

1

减少螺栓螺丝中硫、磷含量

减少螺栓螺丝中硫含量是改善螺栓螺丝断裂韧性的重要途径,特别是超高强度钢。选用适宜的冶炼方法是提高钢的纯度最直接、最易实现的途径,与普通电炉炼钢法相比,采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,以减少钢中杂质和偏析,以提高钢断裂韧性。

2

控制力集中

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。

3

控制使用环境

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。

在0℃以上,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。温度在200℃以内时,钢材的性能没有多大变化。但在250℃左右钢材的抗拉强度反弹,fy有较大提高,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。当温度达600℃,E均接近于零,钢结构几乎完全丧失承载力。

当温度在0℃以下,随温度降低,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”。

4

控制加载速率

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。

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断。