1.2断裂失效
断裂的主要形式有延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂等,其中低应力脆断与疲劳断裂是没有先兆的突然断裂,往往会造成灾难性事故,因此是最危险的。
a)延性断裂
紧固件在产生较大塑性变形后的断裂为延性断裂。材料的屈强比越小,断裂前的塑性变形量也越大,由于这是一种有先兆的断裂,即断裂前已产生过量的塑性变形失效,故危险性较小,较容易防范。
b)低应力脆性断裂
低应力脆性断裂不产生明显的塑性变形,且工作应力远低于材料的屈服强度。高强度低塑性、韧性的材料,脆性断裂倾向较大。脆性断裂常常发生在有尖锐缺口或裂纹的紧固件中,特别是在低温或冲击载荷下最容易发生。
c)疲劳断裂
紧固件在持久应力的作用下,将会出现疲劳断裂。所有紧固件在连接过程中的失效,疲劳断裂占断裂失效的50%~90%。疲劳断裂一般发生较突然,危害性大。疲劳断裂易发生在紧固件的局部应力区,某些晶粒在变应力作用下形成微裂纹,随着循环数的增加,裂纹继续扩展,导致最终疲劳断裂。
d)蠕变断裂
蠕变断裂是在高温下长期受载荷引起的,因此,在高温下工作的紧固件,应具有足够抗蠕变的能力。在各种工作材料中高温合金材料的蠕变抗力高,还有钦合金和镍合金。塑料的蠕变抗力差,某些塑料甚至在室温下也会发生蠕变。
1.3表面损伤失效
紧固件表面损伤包括接触疲劳和腐蚀。
a)接触疲劳
产生相对接触的螺栓与螺母,在工作过程中承受接触压应力的作用,在达到一定循环次数后,螺纹表面出现微小裂纹,随之发展,引起点状剥落,这一现象即为接触疲劳。提高螺栓材料表面强度和硬度,减少材料中的非金属夹杂物数量,降低螺纹表面粗糙度,均可提高紧固件表面抵抗接触疲劳的能力。
b)腐蚀
金属材料与周围环境介质间发生化学或电化学作用而造成的表面损伤称为腐蚀。在各类金属材料中,奥氏体不锈钢的耐蚀性高,铜、铝的耐蚀性也好。对于摩托车紧固件用碳素钢、低合金钢在表面电镀后形成钝化膜覆盖层、保护层或形成单项组织,均可提高耐蚀性。
1.4微观断口
微观断口一般分为沿晶断口、解理断口、韧窝断口、谁解理断口和疲劳断口等。
a)沿晶断口
沿晶断口是金属紧固件断裂时沿晶界表面发展而形成的断口,在电镜下可看到一颗颗晶粒,称为沿晶断口。沿晶断口通常归为脆性断口,也有按晶界表面的光滑程度分为脆性沿晶断口和韧性沿晶断口(见图1)。沿晶断口的直观原因是晶界弱化,而造成晶界弱化的原因是多种多样的,因此,又可进一步推断,如氢脆断口,应力腐蚀断口、回火脆性断口、过烧断口等。有些沿晶断口可根据晶界表面的特征可直接判断,如根据冰糖状及晶界表面出现发纹(鸡爪纹)可判断为氢脆断口;而有些则要结合其他信息才能判断,如应力腐蚀则要根据结合能谱分析结果才能下结论。
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