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螺栓延迟断裂性能

作者:admin   发布时间:2019-11-28 11:02   浏览:

高强度螺栓属于槽口零件,槽口敏感度高,在槽口集中部位,如杆头或螺纹根部的过渡处,容易发生延迟断裂。因此,高强度螺栓钢的延迟断裂就是一个非常典型的例子,导致事故频发,经济损失惊人。以日本为例,上世纪80年代初,阪神高速公路上的阿波罗大桥和东京高速公路上的高强度螺栓相继发生延迟断裂破坏。因此,决定对所有螺栓进行定期超声波检查。工作量巨大,仅每年的费用就高达1亿日元。由于高强度螺栓延迟断裂事故的频繁发生,大多避免了抗拉强度超过1200兆帕的螺栓。在JIS b1186-1967标准的修订中,高强度螺栓的等级分为F8T、F10T和F11T,1977年以后,即使在正常强度范围内使用的F11T级螺栓也发生了多次延迟断裂事故,因此在1979年的修订中建议不使用F11T级螺栓。1981年,铁路桥梁停止使用F11T级螺栓。
延迟断裂的概念与特征
延迟断裂又称滞后断裂,是材料在静应力作用下经过一定时间后发生脆性破坏的现象。这个术语最早在20世纪40年代被用来指玻璃等脆性材料的延迟断裂。自20世纪50年代以来,航空用镀镉高强度螺栓因断裂延迟而得到广泛应用。
延迟断裂现象是材料、环境和应力相互作用引起的一种环境脆性,是由氢引起的材料劣化(氢损伤或氢脆)的一种形式。其他氢致材料劣化包括氢致塑性损失、氢致微裂纹(如钢中的白点、冷焊裂纹、H2S或酸浸裂纹)、高温高压氢腐蚀、氢化物相的产生和氢致马氏体相变。它是由氢原子扩散损伤、氢致塑性损失富集和氢脆可逆氢致延迟断裂引起的,延迟是指在一定的载荷(或位移)条件下,氢原子因应力扩散而引起的浓度在一段时间内达到临界值,因此载荷在一定时间后氢致裂纹形核和扩展。如果原子氢被除去,延迟断裂就不会发生,所以它是可逆的。
需要指出的是,氢对钢铁材料的变质有多种形式。由于材料的强度等级和含氢环境的类型不同,这些术语常常不同。对于高强度钢(抗拉强度Rm≥980MPa),通常称为延迟断裂。对于中强度钢(980MPa>Rm≥490MPa),通常称为硫化物裂纹、硫化物应力腐蚀裂纹;对于低强度钢(Rm<490MPa),通常称为氢致裂纹、氢致裂纹、氢鼓泡等。
广义延迟断裂包括氢脆、应力腐蚀和液态金属脆化。由于高强度钢在水介质中的应力腐蚀本质上是氢致开裂过程,因此本文所指的延迟断裂主要是高强度钢在水介质中的氢致延迟断裂和应力腐蚀。
 
延迟断裂现象是阻碍机械制造高强度化的主要因素之一。它大致分为以下两类:
1。延迟断裂主要是由外部环境侵入的氢(外部氢)引起的。例如,桥梁中使用的螺栓长期暴露在潮湿的空气和雨水中。
2。在酸洗和电镀等制造过程中,氢(内部氢)侵入钢中引起的延迟断裂。如电镀螺栓等在加载后,短时间内经过数小时或数天而发生延迟断裂。
前者一般是由于长期暴露过程中发生的腐蚀而引起腐蚀坑内腐蚀反应的氢侵入;后者是由于在酸洗、电镀等生产过程中,氢渗入钢中,在应力作用下以应力集中的形式富集而引起的。
实际钢在自然环境中的延迟断裂主要是回火马氏体钢,一般具有以下特点:
1。当拉伸强度大于1200MPa,硬度HRC≥38时,延迟断裂敏感性显著提高;
2。延迟断裂通常发生在室温附近,但随着温度从室温升高到100℃,延迟断裂的敏感性增加(不同于低温脆性断裂)。
3。从宏观上看,延迟断裂不伴有大的塑性变形(不同于蠕变裂变);
4。在静载荷(应变率为零)下发生(在疲劳断裂的不同点);
5。在远低于屈服强度的应力下发生;
6。回火温度接近350℃时,发生低温回火脆性的延迟断裂敏感性最高;
7。它主要由原始奥氏体结晶阶段的裂纹所控制。
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