В промишленото производство и ежедневното приложение на оборудването болтовете служат като свързващи крепежни елементи на ядрото, отговорни за фиксирането, свързването и носенето на структурни натоварвания. По време на дългосрочна-работа,болтовесе влияят от множество фактори като условия на натоварване, работна среда, производствени процеси и качество на сглобяване, което лесно може да доведе до повреда при счупване. Това може допълнително да причини спиране на оборудването, структурна повреда и дори сериозни инциденти, свързани с безопасността. Този документ систематично въвежда общите форми на счупване, механизми на образуване, макроскопични характеристики на счупване на счупване от претоварване, високо{2}}рискови позиции на счупване и състояния на счупване при различни условия на натоварване на болтове, предоставяйки техническа поддръжка за предотвратяване на повреда на болтове, поддръжка на оборудването и оптимизация на процеса.

I. Често срещани форми на счупване на болтове

1. Фрактура от претоварване

Счупване при претоварване възниква, когато моментното натоварване, приложено върху болт, надвишава крайната якост на опън на материала, принадлежащо към типично статично пластично или крехко счупване. Този тип счупване възниква внезапно без очевидни пред-признаци на повреда. За пластичните материали повърхността на счупване обикновено има форма на чаша-конус или наклонен участък от 45-градуса с грапави повърхности и значителна пластична деформация. За високоякостни крехки болтове повърхността на счупване е относително плоска с незначителна пластична деформация.

Причини за счупване: Неразумният структурен дизайн води до подбор на болтове с по-малък размер и недостатъчна граница на натоварване, което води до дългосрочна-работа при претоварване. Внезапни необичайни работни условия, като ударни натоварвания и преходни претоварвания по време на работа на оборудването, също могат да причинят мигновено над-ограничено натоварване. Например, свързващите болтове на механизмите за повдигане на кран могат да претърпят счупване при претоварване при повдигане на товари с наднормено тегло.

2. Уморна фрактура

Счупването от умора е най-честата форма на повреда на болтовете. При дългосрочни-циклични натоварвания, като променлив опън, компресия, огъване и вибрации, микропукнатините от умора започват в зоните на концентрация на напрежението. Пукнатините се разширяват постепенно с цикли на натоварване, като непрекъснато намаляват ефективната носеща площ и в крайна сметка водят до внезапно счупване, дори ако работното натоварване не надвишава номиналната стойност. Счупването от умора настъпва без очевидна пластична деформация. Повърхността на счупването обикновено е гладка с типични текстури, подобни на мида-или годишни пръстени-.

Причини за счупване: Дългосрочно-възвратно-постъпателно движение и високо{1}}честотни вибрации на оборудването подлагат болтовете на периодично променливо напрежение. Например болтовете на свързващите пръти на автомобилните двигатели издържат на циклични натоварвания на напрежение и компресия от високо-честотното възвратно-постъпателно движение на буталата и свързващите пръти, което води до натрупани повреди от умора и евентуално счупване поради умора.

3. Корозионна фрактура

Когато болтовете работят в корозивна среда, възниква химическа или електрохимична корозия върху основния материал, образувайки повърхностни дефекти като ръжда и точкова корозия. Тези дефекти намаляват ефективната опорна площ и механичната якост на болтовете, което води до счупване при нормални работни натоварвания. Продукти от корозия като слоеве от ръжда и корозионни ями могат да се наблюдават върху повърхностите на счупване.

Причини за счупване: Болтовете, работещи във влажни, солеви-пръски или киселинно-основни корозивни среди, са податливи на корозионна повреда, като структурни стоманени съоръжения в близост до морето и химическо промишлено оборудване. Например, свързващите болтове на палубите на корабите непрекъснато се разяждат от морска вода и солени пръски, което води до разграждане на материала и корозионно счупване.

4. Стрес корозионна фрактура

Стрес корозионното счупване се отнася до крехко счупване, възникващо при комбинираното действие на постоянно напрежение на опън и специфична корозивна среда. Пукнатината расте бавно в ранния етап без очевидни симптоми на повреда и внезапна фрактура настъпва, след като пукнатината достигне критичния размер. Повърхността на счупване има двойни характеристики на отказ от напрежение и увреждане от корозия.

Причини за счупване: Определени материали за болтове могат да генерират и разширяват корозионни пукнатини при ниско постоянно напрежение на опън в специфични корозивни среди. Типичен случай е корозионното счупване на болтове от аустенитна неръждаема стомана в богата на хлорид- среда.

5. Фрактура от водородна крехкост

По време на производство или обслужване, водородните атоми проникват и се натрупват вътре в материала на болта, образувайки водородни молекули, които произвеждат огромно вътрешно налягане. Това причинява напукване на решетката и разпространение на микропукнатини, което в крайна сметка води до крехко счупване. Водородната крехкост е типична крехка повреда, характеризираща се с плоски повърхности на счупване и без очевидна пластична деформация.

Причини за счупване: Водородните атоми проникват в стоманената матрица по време на галванопластика, киселинно ецване, фосфатиране и други процеси на повърхностна обработка без подходящо третиране с дехидрогениране.Стоманени-болтове с висока якостса силно чувствителни към водородна крехкост. Прекомерната концентрация на водородни йони в разтвора за нанасяне на покритие и неквалифицираните процеси на дехидрогениране са основните причини за счупване поради водородна крехкост.

6. Счупване, причинено от производствени дефекти

Вътрешни и повърхностни дефекти, генерирани по време на производството на суровини и производството на болтове, формират източници на концентрация на напрежение. При натоварване, напрежението се увеличава рязко в позициите на дефекта, предизвиквайки започване на пукнатини и бързо разпространение, което в крайна сметка води до счупване. Характеристиките на оригиналния производствен дефект могат ясно да се наблюдават върху повърхността на счупването.

Причини за счупване: Дефекти на суровината като включвания, порьозност, кухини при свиване и сегрегация; неправилният контрол на процесите на коване, термична обработка и струговане причинява пукнатини при закаляване, пукнатини при шлайфане, следи от инструменти и драскотини.

II. Три характерни зони на счупване при претоварване на болта

1. Fiber Zone

Позиция: Разположен в центъра на повърхността на счупване, служещ за начало на пукнатината и зона за първоначално разпространение.

Морфологични характеристики: Повърхността е грапава и влакнеста с видима пластична деформация и натрупване на микрокухини, което е типична характеристика на пластичното счупване.

Механизъм на образуване: В началния етап на счупване материалът на болта претърпява пластична реология при напрежение. Микрокухните се генерират, растат, агрегират и се свързват, за да образуват морфологията на фиброзната фрактура.

2. Зона на излъчване

Позиция: Намира се извън зоната на влакната, съответстваща на етапа на бързо разпространение на пукнатини.

Морфологични характеристики: Повърхността на фрактурата е относително плоска с ясни радиални текстури или текстури на рибена кост, простиращи се навън от центъра.

Механизъм на образуване: Когато първоначалната пукнатина се разшири до критичния размер, тя навлиза в етапа на бързо разпространение. Силната концентрация на напрежението на върха на пукнатината причинява бързо трансгрануларно или междузърнесто разкъсване, образувайки морфология на радиална фрактура.

3. Зона за изрязване на устните

Позиция: Разпределени в най-външния ръб на повърхността на фрактурата, образувани в крайния стадий на фрактурата.

Морфологични характеристики: Повърхността е гладка и наклонена с типични характеристики на срязване при срязване, образувайки пръстеновиден срязващ ръб, което е крайната характеристика на пластичното счупване.

Механизъм на образуване: В крайния стадий на счупване остатъчният материал се изплъзва и разкъсва по протежение на максималната равнина на срязване под голямо напрежение, произвеждайки пластична деформация на срязване и образувайки структурата на срязващата устна.

III. Често срещани позиции на счупване при претоварване на болта

1. Първи зъб на резба близо до носещата повърхност на гайка

Натоварванията от болтови връзки се предават главно чрез зацепващи зъби на резба. Първият зъб на резбата близо до опорната повърхност на гайката понася най-голямото натоварване и представя най-сериозната концентрация на напрежение. Това е най-податливата позиция за счупване от претоварване по време на дългосрочна-работа.

2. Коренът на резбата при прехода между главата на болта и стеблото

Коренът на резбата се характеризира с резки геометрични промени и висок коефициент на концентрация на напрежението. При сложни състояния на напрежение, той се превръща в структурна слаба точка на болтовете и е склонен към счупване при претоварване и ударни натоварвания.

3. Преходна зона между гладката опашка и секцията с резба

Резките промени в размера и структурата на напречното-сечение на кръстовището на гладкото стебло и секцията на резбата причиняват очевидна концентрация на напрежението и неравномерно разпределение на напрежението. Тази позиция лесно генерира иницииране на пукнатини при условия на претоварване и води до счупване.

IV. Състояния на счупване на болта при различни форми на натоварване

1. Счупване при напрежение на опън

Могат да се наблюдават типично счупване на чаша-конус и очевидно цялостно удължение и деформация на шия. За болтове с висока -твърдост при претоварване на опън крайният участък на счупване образува приблизително 45-градусов ъгъл на срязване с оста на болта, принадлежащ на типичното счупване при пластично претоварване, което се появява най-вече при слабата позиция на корена на резбата.

2. Счупване при ударно напрежение и огъващ момент

На повърхността на счупването могат да се наблюдават радиални текстури и срязващи се устни, докато срязващите устни са непълни и неравномерно разпределени без пълна пръстеновидна форма. Счупването представлява незначителна пластична деформация и очевидни характеристики на крехкост, причинени главно от мигновен удар и натоварвания на огъване.

3. Счупване при комбинирано напрежение от усукване и опън

При комбинирани натоварвания на усукване и на опън повърхността на счупване показва очевидни въртящи се усукващи текстури, както и сърповидна или ветрилообразна-форма. Явното изкривяване и изместване на счупването се образуват от относително приплъзване и разкъсване на материали по протежение на равнината на срязване под силата на усукване на срязване.