不銹鋼緊固件在工程結(jié)構(gòu)中扮演了非常重要的角色，如航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、民用、汽車以及其它工業(yè)領(lǐng)域。緊固件失效可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果和重大的財(cái)務(wù)損失。最常見的緊固件失效模式之一是疲勞開裂。不充分的設(shè)計(jì)考慮、材料問題、不足的預(yù)緊力、松動(dòng)和過多的負(fù)載都能導(dǎo)致緊固件疲勞。

 

類似于其他金屬零件，緊固件失效包括過載、腐蝕相關(guān)的開裂、脆化、蠕變和疲勞。由于外部負(fù)載，緊固件過載可能發(fā)生在安裝或使用過程中。

 

緊固件過載故障的調(diào)查應(yīng)包括材料性能的評價(jià)，主要目的是確定導(dǎo)致緊固件破壞的原因，如緊固件的強(qiáng)度以及施加在緊固件上的載荷。

 

在某些金屬中常見的應(yīng)力腐蝕開裂或氫脆，當(dāng)緊固件在服役過程中承受靜態(tài)拉伸時(shí)，對緊固件來說也是重要的失效模式。

 

鑒于緊固件的預(yù)期應(yīng)力，材料和環(huán)境必須仔細(xì)考慮，以適當(dāng)減輕應(yīng)力腐蝕開裂或氫脆。

 

在電鍍的過程中，氫很可能擴(kuò)散進(jìn)入緊固件中，從而造成氫脆。為了減少易感材料的氫脆，緊固件必須進(jìn)行除氫處理。

 

疲勞是金屬結(jié)構(gòu)中最常見的斷裂形式，占斷裂的80%。緊固件也不例外，疲勞也是緊固件最常見的斷裂原因。

 

當(dāng)循環(huán)載荷超過材料的疲勞強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)加載足夠的周期，疲勞裂紋就會在緊固件上萌生并擴(kuò)展。緊固件材料、幾何、應(yīng)力振幅、平均應(yīng)力和裝配參數(shù)都會影響疲勞性能。

 

緊固件裝配過程是最重要的，但在分析其斷裂原因時(shí)經(jīng)常被忽視，它也是緊固件疲勞斷裂的主要根源。

 

斷裂的螺栓緊固件

螺栓斷口宏觀像

螺栓斷口體視鏡圖像

斷口分為A和B兩個(gè)區(qū)域，A區(qū)和B區(qū)

A區(qū)高倍形貌：裂紋萌生區(qū)形貌

 

B區(qū)高倍形貌：瞬時(shí)斷裂區(qū)形貌

 

螺栓預(yù)緊力-扭矩圖：作為屈服強(qiáng)度百分比圖

 

       據(jù)介紹，文中所用的不銹鋼螺栓的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.53，螺栓的預(yù)緊力為屈服強(qiáng)度的25%，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50%，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于推薦預(yù)緊力為屈服強(qiáng)度的75%。文中螺栓的疲勞斷裂原因是預(yù)緊力不足。因此，提高預(yù)緊力有利于降低螺栓的疲勞敏感性和發(fā)生疲勞斷裂的概率。