Page 73 - 理化检验-物理分册2021年第十二期

肖友强, 等: 某高强度螺栓不同类型断口分析

螺栓在拉伸和拧紧过程中, 螺纹部位的受力有 疲劳所受的最大载荷远低于其屈服点载荷, 螺纹底部
一定的差异, 拉伸试验时螺纹部位受到两端的拉伸 圆角R 处应力集中, 容易产生微裂纹形成疲劳源, 在
, 截面的 交变载荷的作用下裂纹不断向内扩展直至瞬断, 因此
载荷 σ 1 , 在塑性变形阶段, 横向受压缩力σ 2
剪切合力如图 2a ) 所示, 拉伸方向的切向载荷使螺 螺栓基本没有发生塑性变形。而氢脆断裂螺栓, H +
栓产生较大的形变, 缩颈后晶粒或缺陷沿合力τ 方 在螺栓表面局部富集, 造成金属韧性降低, 在拉力的
向扩展, 所以在宏观上形成斜向断面, 并留下剪切唇 作用下发生脆性断裂, 断裂时载荷略高于屈服载荷,
的特征。而服役中的螺栓受拉伸载荷、 扭转载荷作 因此断口虽然较平整但也有轻微塑性变形。
用, 可能也会受到一定的剪切载荷形成的复合载荷作
用, 如图2b ) 所示。此时, 螺纹部位外部边缘的扭转
载荷较内部更大, 这导致螺纹外围区域断裂时的轴向
载荷低于螺栓极限载荷, 所以表现出断裂时伸长量低
于拉伸断裂试样, 同时缺陷由边缘向心部扩展, 表现
出稍微平整的断面。尤其对于盲孔螺栓, 其螺纹先端
受阻, 增加力矩, 螺栓轴向载荷却不再增加, 即轴向伸
图2 螺纹受力示意图
长量也不会增加, 增加的力矩全部用于螺纹部横向转 Fi g 2 Schematicdia g ramofthreadstress

动, 此时, 如果对象件的强度低于螺栓, 对象件将会发 a tensilestress b torsionalstress

生变形或破坏现象; 反之, 螺纹部位将会出现如图1e ) 2.2 断口显微形貌分析
的断裂形貌。 拉断、 通孔拧断及盲孔拧断后螺栓断口的微观

低周( 寿命52192次) 和高周( 寿命835130次) 形 貌 如 图 3 所 示 。 可 知 拉 伸 断 裂 断 口 呈 现 韧 性

图3 螺栓不同类型过载断口的SEM 形貌

Fi g 3 SEM mor p holo gy ofdifferentt yp esofoverloadfracturesurefacesofbolts

a fracturesurfaceoftensilefracture b cracksourcere g ionoftensilefracturesurface c fracturesurfaceofthreadfracturedb y throu g hhole

d cracksourcere g ionoffracturesurfaceofthreadfracturedb y throu g hhole e fracturesurfaceofthreadfracturedb y blindhole

f cracksourcere g ionoffracturesurfaceofthreadfracturedb y blindhole
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