螺栓延遲斷裂性能
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螺栓延遲斷裂性能
來源：智能緊固件及緊固工具
鋼的回火馬氏體組織具有良好的強(qiáng)度和韌性，而且還可以通過調(diào)整碳和合金元素等添加元素的種類、數(shù)量和熱處理工藝而控制其強(qiáng)度，因此在合金結(jié)構(gòu)鋼中得到了十分廣泛的應(yīng)用。然而回火馬氏體鋼在自然環(huán)境下易發(fā)生延遲斷裂，并且延遲斷裂的敏感性隨強(qiáng)度的提高而增大。隨著強(qiáng)度的提高，特別是當(dāng)抗拉強(qiáng)度超過1200MPa時，延遲斷裂強(qiáng)度急劇降低。因此，回火馬氏體鋼的實際使用強(qiáng)度往往受到限制。延遲斷裂時緊固件等機(jī)械零部件高強(qiáng)度螺絲化時必須注意的問題。
高強(qiáng)度螺栓屬于缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位如桿與頭部的過渡處或螺紋根部產(chǎn)生延遲斷裂。因此，高強(qiáng)度螺栓鋼的延遲斷裂是一個十分典型的示例，由此造成的事故屢屢發(fā)生，經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)驚人。例如日本在20世紀(jì)80年代初，架設(shè)在阪神高速公路的阿波羅橋上和東京高速公路上的高強(qiáng)度螺栓先后發(fā)生多起延遲斷裂破壞，對此決定采用超聲波定期對全部螺栓進(jìn)行檢查，工作量十分巨大，僅每年的費用就高達(dá)1億日元。由于高強(qiáng)度螺栓的延遲斷裂事故頻繁發(fā)生，對抗拉強(qiáng)度超過1200MPa的螺栓多采取盡量不使用的辦法。日本在JIS B1186-1967標(biāo)準(zhǔn)修訂中，高強(qiáng)度螺栓級別分為F8T、F10T、F11T，明確廢止F13T級螺栓；在1977年以后，即使在正常強(qiáng)度范圍內(nèi)使用的F11T級螺栓也發(fā)生了多起延遲斷裂事故，因此在1979年重新修訂中建議不再使用F11T級螺栓；在1981年，鐵道橋則終止使用F11T級螺栓。
延遲斷裂的概念與特征
延遲斷裂，又稱為滯后斷裂，是在靜止應(yīng)力作用下的材料，經(jīng)過一定時間后突然脆性破壞的一種現(xiàn)象。改詞最早在20世紀(jì)40年代用于指玻璃等脆性材料的滯后斷裂現(xiàn)象。20世紀(jì)50年代以后，隨著航空用鍍鎘高強(qiáng)度螺栓的滯后斷裂而逐漸得到廣泛的使用。
延遲斷裂現(xiàn)象是材料—環(huán)境—應(yīng)力相互作用而發(fā)生的一種環(huán)境脆化，是氫致材質(zhì)惡化（氫損傷或氫脆）的一種形態(tài)。其他的氫致材質(zhì)惡化還包括氫致塑性損失、氫壓引起的微裂紋（如鋼中白點、焊接冷裂紋、H2S或酸中浸泡裂紋）、高溫高壓氫腐蝕、氫化物相的產(chǎn)生和氫致馬氏體相變等。其中由于原子氫損傷擴(kuò)散、富集所引起的氫致塑性損失及氫致延遲斷裂為可逆氫脆，所謂延遲是指恒載荷（或恒位移）條件下，原子氫通過應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散富集到臨界值需要經(jīng)過一段時間，故加載后經(jīng)過一定時間后氫致裂紋才會形核和擴(kuò)展。如將原子氫除去后就不會發(fā)生延遲斷裂，故它是可逆的。
應(yīng)當(dāng)指出的是，由氫引起的鋼鐵材料材質(zhì)惡化形態(tài)多種多樣，因材料強(qiáng)度水平、含氫環(huán)境種類等不同，其稱呼往往不盡相同：對于高強(qiáng)度鋼（抗拉強(qiáng)度Rm≥980MPa）通常稱為延遲斷裂；對于中等強(qiáng)度鋼（980MPa＞Rm≥490MPa）通常稱為硫化物裂紋、硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋；對于低強(qiáng)度鋼（Rm＜490MPa）通常稱為氫致裂紋、氫誘導(dǎo)裂紋、氫鼓泡等。
廣義的延遲斷裂包括氫脆、應(yīng)力腐蝕和液體金屬脆。由于高強(qiáng)度鋼在水介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕實質(zhì)上是一種氫致開裂過程，因此本文所指的延遲斷裂主要是高強(qiáng)度鋼的氫致延遲斷裂和在水介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕。
延遲斷裂現(xiàn)象是妨礙機(jī)械制造用高強(qiáng)度化的一個主要因素。它大體上分為以下兩類：
1、 主要是由外部環(huán)境侵入的氫（外氫）引起的延遲斷裂。如橋梁等方面使用的螺栓，在潮濕空氣、雨水等環(huán)境中長期暴露而發(fā)生延遲斷裂。
2、 酸洗、電鍍處理等制造過程中侵入鋼中的氫（內(nèi)氫）引起的延遲斷裂。如電鍍螺栓等在加載后，經(jīng)過幾個小時或幾天的較短時間后而發(fā)生延遲斷裂。
對于前者，一般是由于在長期暴露過程中發(fā)生腐蝕，腐蝕坑處腐蝕反應(yīng)的氫侵入而引起的；后者是由于制造過程如酸洗、電鍍處理時侵入鋼中的氫在應(yīng)力的作用下向應(yīng)力集中處富集而引起的，
實際用鋼在自然環(huán)境下發(fā)生延遲斷裂的主要是回火馬氏體鋼，它一般具有以下特征：
1、 在抗拉強(qiáng)度大于1200MPa、硬度HRC≥38的強(qiáng)度水平時，延遲斷裂的敏感性顯著增大；
2、 延遲斷裂通常在室溫附近發(fā)生，但是從室溫到100℃附近，隨著溫度的升高，延遲斷裂的敏感性增大（與低溫脆性斷裂的不同點）；
3、 宏觀上，延遲斷裂沒有伴隨有大的塑性變形（與蠕變裂變的不同點）；
4、 在靜載荷下（應(yīng)變速率為零）發(fā)生（與疲勞斷裂的不同點）；
5、 在較屈服強(qiáng)度低得多的應(yīng)力下發(fā)生；
6、 在發(fā)生低溫回火脆性的溫度350℃附近回火后，延遲斷裂敏感性最大；
7、 受原奧氏體晶屆裂紋的支配。
高強(qiáng)度螺栓,螺母,法蘭螺栓,鎖緊螺母