緊韌體應力失效模式

Mondo 科技 更新 2024-02-01

使緊韌體失效的方法有很多種,其中最常見的是應力引起的金屬疲勞失效,這是由拉伸應力和一些化學或有害環境影響共同引起的。

應力腐蝕裂紋

應力腐蝕裂紋是其失效模式的原因之一,其裂紋擴充套件直到斷裂時才被檢測到。 應力腐蝕裂紋是在拉伸應力和腐蝕環境的共同作用下發生的。

環境對於應力腐蝕開裂至關重要,因為它只需要非常少量的高反應性化學物質即可產生裂紋。 這些化學物質包括硝酸鹽、鹼(氫氧化物)或硫化物。

在應力腐蝕裂紋的產生過程中,大多數時候緊韌體材料的外表面不會發生變化。 腐蝕性介質主要在應力集中或表面點蝕時被侵蝕。

由於高拉伸應力或冷加工產生的殘餘內應力,微裂紋從晶間或貫穿晶粒擴充套件,通常垂直於施加應力的方向傳播。

脆性斷裂在沒有任何塑性變形的情況下發生,通常一些延展性材料(如鐵素體鋼、鋁、銅和奧氏體鋼)在較低的應力水平下發生。

合金鋼更容易受到應力腐蝕裂紋的影響,並且傳播速度更快,因為這些型別的緊韌體通常承受更高的拉力。

奧氏體不鏽鋼非常容易受到氯化物應力腐蝕裂紋的影響。 線材冷拔成型時,內部存在冷加工引起的殘餘應力,遇到含鹽(NaCl)腐蝕性環境時,可失效,解決辦法是採用316不鏽鋼。

氫脆

氫脆是指在應力作用下(可能低於材料的屈服強度,甚至在正常設計強度範圍內)過量的氫原子進入金屬基體,導致金屬韌性或承載力降低,導致斷裂(通常為亞顯微斷裂)或突然脆性破壞,對硬度大於32HRC的高強度鋼和合金鋼有明顯的影響。

氫氣可以通過鋼的化學加工進入緊韌體。 例如,典型的化學處理方法包括酸洗、磷化和鉻酸鍍後工藝。 所有這些過程都在化學反應中產生氫氣,在高強度緊韌體的情況下,烘烤以去除氫氣。

裝配擰緊過程中發生的斷裂失效通常不是由氫脆引起的。 根據吸收的氫氣量、材料的硬度和拉伸載荷的大小,這些值決定了裂紋擴充套件的速率,裂紋擴充套件速率通常在 24 小時內跨越晶界到達最終斷裂。

金屬的液體脆化

金屬的液體脆化是金屬在接近其熔點的高工作溫度下在應力作用下在鋼中的擴散,應力越大,形成裂紋和擴充套件所需的時間就越短。

例如,鍍鎘金屬鎖緊螺母非常容易受到高溫的影響,當暴露在超過204°C的高溫下時,鎘會擴散到鋼的晶界中,引起晶間裂紋。 斷裂可能位於螺栓或螺母中,兩者都可能斷裂。

鋅、鉛、鎘和錫可以在低於熔點的溫度下使鋼脆化。 鋅在高於343°C的溫度下會導致金屬脆化。 因此,許多鋼在熱浸鍍鋅過程中會導致延展性損失和開裂。

組織內的大晶粒尺寸會使脆化更嚴重,斷裂時的應力將與晶粒直徑成反比。 因此,為了避免高強度緊韌體脆化,應保證熱處理產生細晶粒組織。

腐蝕疲勞

腐蝕疲勞與應力腐蝕開裂的不同之處在於,腐蝕性點蝕會導致脆性裂紋的發展,當材料受到拉伸應力時,就會發生疲勞失效。 腐蝕疲勞可以通過氮化、電鍍或噴丸處理來減輕。

Screwman的經驗總結

在腐蝕性環境中,高應力更容易引起裂紋擴充套件,因此在設計接頭時,應注意應用環境和緊韌體材料的選擇是否相容。

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