Page 74 - 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

断裂特征, 螺栓拉升时螺纹根部应力集中明显高于 螺栓疲劳及氢脆断裂的断口微观形貌如图4所
心部, 在螺纹根部附近进行微空洞的成核 - 长大 - 聚 示。可知由于材料正常和内部无缺陷, 所以疲劳
合 [ 6 ] , 逐渐形成如图3b ) 裂纹源区所示的韧窝, 在扩 源均发生在应力较大的螺纹根部, 不同的是低周
展区隐约可见条形纹路, 裂纹源区和扩展区约占整 疲劳的台阶纹更为明显且数量多, 而高周疲劳的
个断口的1 / 3 。随着应力增大, 受力面积逐渐减小, 台阶纹观察不明显, 在根部积累的损伤, 经过往复
导致微空洞发展为失稳阶段 [ 7 ] , 瞬间断裂形成剪切 载荷循环得到扩展, 图4a ) 显示高周疲劳扩展区的
唇。通孔拧断断口表现出的微观形貌与拉断类似, 贝壳状纹路明显, 而低周疲劳不明显。高周疲劳
但是断口上有较大的空洞形成, 这与拧紧速度有关, 的疲劳扩展区域约占断面的2 / 3 , 瞬断区为塑性变
在低速拧紧的过程中, 微空洞会扩展形成大的空洞, 形区; 低周疲劳的疲劳扩展区域约占断面的 1 / 2 ,
终断区瞬断形成毛刺状突起, 断面整体较为平坦。 两种断口的瞬断区均形成毛刺状突起。可以看出
盲孔拧断断口平整光滑, 韧窝属于有明显的方向性 应力幅不仅严重影响疲劳寿命, 也对断面的整体
剪切韧窝, 瞬断区在截面内部。 形状有较大的影响。

图4 螺栓疲劳及氢脆断口的SEM 形貌

Fi g 4 SEM mor p holo gy offati g ueandh y dro g enembrittlementfracturesurfacesofbolts

a hi g hc y clefati g uefracturesurface b cracksourcere g ionofhi g hc y clefati g uefracturesurface c lowc y clefati g uefracturesurface

d cracksourcere g ionoflowc y clefati g uefracturesurface e h y dro g enembrittlementfracturesurface

f cracksourcere g ionofh y dro g enembrittlementfracturesurface
氢脆断口如图 4e ) 所示, 螺栓在屈服点载荷下 低机制, 氢原子侵入钢晶格间隙后导致晶界阻碍功
进行环境浸氢, 氢离子不仅与镀层发生反应, 其还原 和解理面的结合力下降 [ 8 ] , 使得螺栓在应力作用下,
成的氢也会扩散进入零件基体, 根据氢致键合力降 内部位错更易移动, 即宏观表现含氢“ 局部软化”, 塑

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