紧固件的应力腐蚀是如何发生的? 发生应力腐蚀的条件

6174℃ APRIL

紧固件的应力腐蚀是如何发生的?发生应力腐蚀的条件

什么是应力腐蚀?

残余应力

就是指在没有外力的作用下,在物体内部保持平衡而存留的应力.残余应力对零件的性能有很大影响.尤其指在无外来因素(外力或温度等)作用下,存在于金属材料或机械零件内部并保持平衡的应力

应力集中

实际工程构件中,有些零件常存在切口、切槽、油孔、螺纹等,致使这些部位上的截面尺寸发生突然变化。如图2-33所示开有圆孔和带有切口的板条,当其受轴向拉伸时,在圆孔和切口附近的局部区域内,应力的数值剧烈增加,而在离开这一区域稍远的地方,应力迅

速降低而趋于均匀。这种现象,称为应力集中.

应力腐蚀

由残余或外加拉应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生的材料破坏过程称为应力腐蚀。应力腐蚀按腐蚀机理可分为:(1)阳极溶解 (2)氢致开裂

什么是应力腐蚀开裂,其特点是什么

应力腐蚀开裂含义

材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的开裂称为应力腐蚀开裂,这是应力与腐蚀联合作用的结果。如果只有一个方面,应力或者介质的作用,破坏不会发生,但当二者联合作用时,却能很快发生开裂。因此,发生应力腐蚀时,应力是很低的,介质的腐蚀性也是很弱的,也正由于此,应力腐蚀经常受到忽视,导致“意外”事故不断发生。

特点

1、造成应力腐蚀破坏的是静应力,远低于材料的屈服强度,而且一般是拉伸应力。

2、应力腐蚀造成的破坏,是脆性断裂,没有明显的塑性变形。

3、只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成应力腐蚀。

4、应力腐蚀的裂纹扩展速率—般在10-9~10-6m/s,有点象疲劳,是渐进缓慢的,这种亚临界的扩展状况一直达到某一临界尺寸,使剩余下的断面不能承受外载时,就突然发生断裂。

5、应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处,而裂纹的传播途径常垂直于拉力轴。

6、应力腐蚀破坏的断口,其颜色灰暗,表面常有腐蚀产物。

7、应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。

8、应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂,也可以是晶间断裂。

分类

1、点腐蚀

是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。

2、晶间腐蚀

晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城,因而,它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物(如碳化物和δ相)沉淀析出的有利区城。因此,在某些腐蚀介质中,晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不足为奇的。这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀,大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。

3、缝隙腐蚀

是局部腐蚀的一种形式,它可能发全于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成,例如,在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。

4、全面腐蚀

是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时,材料由于腐蚀而逐渐变薄,甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。全面腐蚀所引起的失效问题并不怎么令人担心,因为,这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。

防止应力腐蚀开裂的措施

1、合理选择材料

针对零件所受的应力和使用条件选用耐应力腐蚀的材料,这是一个基本原则。如铜对氨的应力腐蚀敏感性很高,因此,接触氨的零件应避免使用铜合金;又如在高浓度氯化物介质中,一般可选用不含镍、铜或仅含微量镍、铜的低碳高铬铁素体不锈钢,或含硅较高的铬镍不锈钢,也可选用镍基和铁一镍基耐蚀合金。

2、减少或消除零件中的残余拉应力

残余拉应力是产生应力腐蚀的重要条件。为此,设计上应尽量减小零件上的应力集中。从工艺上说,加热和冷却要均匀,必要时采用退火工艺以消除内应力。或者采用喷丸或表面热处理,使零件表层产生一定的残余压应力对防止应力腐蚀也是有效的。

3、改善介质条件

这可从两个方面考虑:一方面设法减少或消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子,如通过水净化处理,降低冷却水与蒸汽中的氯离子含量对预防奥氏体不锈钢的氯脆十分有效;另一方面,也可以在腐蚀介质中添加缓蚀剂,如在高温水中加入300×10-6mol/L的磷酸盐,可使铬镍奥氏体不锈钢抗应力腐蚀性能大大提高。

4、采用电化学保护

由于金属在介质中只有在一定的电极电位范围内才会产生应力腐蚀,因此采用外加电位的方法,使金属在介质中的电位远离应力腐蚀敏感电位区域,这也是防止应力腐蚀的一种措施,一般采用阴极保护法。不过,对高强度钢和其他氢脆敏感的材料,不能采用这种保护方法。有时采用牺牲阳极法进行电化学保护也是很有效的。

详解:螺栓为什么会断裂及原因

我们对于螺栓断裂从以下四个方面来分析:

第一、螺栓的质量

第二、螺栓的预紧力矩

第三、螺栓的强度

第四、螺栓的疲劳强度

实际上,螺栓断裂绝大多数情况都是因为松动而断裂的,是由于松动而被打坏的。因为螺栓松动打断的情况和疲劳断裂的情况大体相同,最后,我们总能从疲劳强度上找到原因,实际上,疲劳强度大得我们无法想象,螺栓在使用过程中根本用不到疲劳强度。

螺纹紧固件的松动不是由于螺栓的疲劳强度:

螺纹紧固件在横向振松实验中只需一百次即可松动,而在疲劳强度实验中需反复振动一百万次。换句话说,螺纹紧固件在使用其疲劳强度的万分之一时即松动了,我们只使用了它大能力的万分之一,所以说螺纹紧固件的松动也不是因为螺栓疲劳强度。

螺纹紧固件损坏的真正原因是松动:

螺纹紧固件松动后,产生巨大的动能mv2,这种巨大的动能直接作用于紧固件及设备,致使紧固件损坏,紧固件损坏后,设备无法在正常的状态下工作,进一步导致设备损坏。

受轴向力作用的紧固件,螺纹被破坏,螺栓被拉断。

受径向力作用的紧固件,螺栓被剪断,螺栓孔被打成椭圆。

选用防松效果优异的螺纹防松方式是解决问题的根本所在。

目前防松螺母的种类繁多,性能也参差不齐。这以现状对客户的选购合适的产品造成不小的麻烦。

防松螺母性能的优劣是可以通过科学方法加以评定的。目前采用最多的就是国家标准GB/T 10431-1989《紧固件横向振动试验方法》。采用这种方法进行防松螺母防松性能检测时一般以紧固件轴力的衰减为判据,在加载循环振动力后,紧固件的轴力会随着加载时间的延长有所变化,一般呈下降趋势,等轴力衰减至零时,就说明螺母松动,防松失效。在同样的条件下,施必牢螺母在用此种方法进行检测时,表现出比同类产品更加优异的性能。在标准规定的加载时间内,其轴力的衰减基本保持10%以下,可以说不会松动。而其他螺母大部分都松动,而极少数轴力也衰减70%以上,实际上已经频临松动。

高强度螺栓联结副断裂的原因及防治

高强度螺栓常见的失效形式为松动脱落,掉头断裂脱扣等几种情况,分析原因,主要归纳为以下几个方面:

1、应力因素及疲劳: 通常紧固件受到剪切、拉伸、弯曲、压缩等等四种不同方式的应力,有时是一、两种应力组合,有时是几种应力都存在,当几种应力都施加在螺栓上,尤其是超负载的情况下,高强度螺栓很容易产生断裂。长时间在各种负载条件下,由于各种应力交叉作用,产生了疲劳,疲劳损坏最常见的部位是在齿根园、螺纹、及螺杆与螺纹联结处,交叉应力产生了疲劳损坏,这种损坏要占到总失效的80%左右,要选用合适的材料,选用较大规格、增加强度来增强紧固件抗应力的能力。

2、腐蚀 腐蚀是螺栓断裂有一个主要原因,腐蚀有普通腐蚀、化学腐蚀、电解腐蚀和应力腐蚀等多种。值得一提的是电解腐蚀,这种腐蚀一般人不太了解,当不同材料组成连接副,在与工件紧固时,由于每种材料的电解电位不同,会产生电子流动,形成“微电池”,在湿润的环境下,电解腐蚀很严重。严重电解腐蚀的重要环境是潮湿,要采取防护措施,首先要尽量隔绝空气,保持包装物的干燥,防止腐蚀的产生。

3、氢脆 氢脆的产生对高强度螺栓来说是致命的缺陷,一旦遇到外力,很容易发生断裂。氢脆的产生原因主要有两种,一种是内部的,由材料冶炼所产生的,这种情况很少发生。第二类是外部的,在酸洗、电镀时游离状态的氢原子产生后,会嵌入基体并扩散到内部,破坏原来的平衡状态,产生晶格畸变,在外力的作用下产生断裂。有效的解决方式是采用去氢退火。

4、设计及工艺 在设计中忽略了齿根园或是在滚丝时,牙尖尖锐;在螺丝热轧成型时产生褶皱、凹坑。这些尖角、凹槽的产生是产生裂纹的源泉,在设计制造中要重视这一问题,避免潜在裂纹的产生。高强度螺栓在调质的过程要遇到第二类回火脆性,要尽可能避免这类回火脆性的产生。

5、安装及连接 安装扭矩要在规定范围内,扭矩太小,造成预紧力过小,在振动或工作状态下锁紧力不足容易产生松动,但是扭矩过大甚至超过规定值,螺纹在超负载的条件下服役,当各种应力组合施加时,很容易产生拉丝、脱扣造成失效。因此要按规定的扭矩进行安装。尤其要了解各种材料、各种表面处理的扭矩系数,采用正确的扭矩值防止连接副失效。 安装联结副时表面的粗糙度及垂直度也会影响联结副的使用,表面粗糙安装时要克服摩擦损失一部分扭力,拧紧力相应减少。垂直度不好,拧紧时由点接触变成面接触的过程中,扭矩损失了一部分,同时拧紧时,螺栓头部横向应力增大,容易产生头部断裂。

6、材料及热处理 要根据强度要求不同选择不同的材料,强度越高,合金元素含量要相应增加,如果采用普通碳钢,没有Cr、Mo、V等元素,基体强度差,在多重应力作用下容易产生疲劳和断裂。 热处理也是很重要的因素,高强度螺栓调质过程中的回火,在高温回火区域,容易产生硫、磷等杂质元素,杂质元素在晶界上偏聚,产生脆性断裂,尤其是当硬度在HRC35度以上,脆性倾向更加严重。 总之高强度螺栓联结副的断裂涉及面广,要认真分析,尤其是要保留断裂的试样,保持其原始状态,了解材料、硬度、使用安装等一系列情况后才能做出正确的判断,针对性的采取相应措施,有效地防止失效或螺栓断裂。

应力腐蚀断口的形态及形成机理

应力腐蚀断口有很多形态,分为韧性断口、脆性断口以及疲劳断口。每种断口的形态是不一样的。譬如:韧性断口肯定有明显的塑性变形,有明显的韧窝状......

形成的机理也分不同环境。不知道你是哪种环境下的应力腐蚀开裂。有氢致开裂型应力腐蚀开裂。有阳极溶解性应力腐蚀开裂。

所以麻烦你说清楚点。