恒轩紧固件：高强度螺栓脆性断裂的原因简介

   1 材质缺陷

   当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。

   钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高。随着含碳量的增加，钢的恰贝冲击值显著降低。恰贝冲击值与试验温度曲线梯度趋于缓慢，而脆性转变温度显著升高，钢中磷含量的增加使晶界断裂应力降低，脆性转变温度升高，钢中含0．1％以上的磷就会引起晶界断裂应力降低。磷对钢脆性转变温度影响随磷含量增加，钢脆性转变温度升高，硫与磷的存在对钢的断裂韧性起有害作用。随硫、磷的含量的增加，钢的K1C值下降。硫、磷含量增加使该钢K1C降低，硫危害性更大。

   钢中锰元素的存在对改善其脆性性能有***帮助，随锰与碳之比值提高，碳、磷有害作用下降，钢的脆性转变温度显著降低。

   硫、磷降低钢的断裂韧性的原因，主要有两点：①偏聚于原始奥氏体晶界，促使品界脆化；② 硫化学反应生成MnS在基体中形成脆性微裂纹起源核心，使微裂纹成核源增加，导致脆断容易发生。

   减少钢中硫、磷含量是改善钢断裂韧性的重要途径，特别是超高强度钢。选用适宜的冶炼方法是提高钢的纯度***直接、***易实现的途径，与普通电炉炼钢法相比，采用真空冶炼能提高钢的纯度，超高强度钢一般用真空自耗炉(或真空电弧炉)重熔，以减少钢中杂质和偏析，以提高钢断裂韧性。各***工业国都对硫、磷含量作了较低规定，一般都限于0．06％以下，但我国各大钢厂所产钢材偏析依然较重。质量不稳定，影响偏析的因素中(铁矿石元素、炼钢方法、钢锭大小、冶炼技术等)，主因是炼钢方法和冶炼技术，偏析大将会引起热脆、冷脆、裂缝、疲劳等一系列问题。

   2 应力集中

   当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场使材料不易进入塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。钢结构或构件的应力集中主要与构造细节有关：

   3 使用环境

   当螺栓受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时，螺栓脆性破坏的可能性增大。

   在0℃以上，当温度升高时，钢材的强度及弹性模量均有变化，一般是强度降低，塑性增大。温度在200℃以内时，钢材的性能没有多大变化。但在250℃左右钢材的抗拉强度***，fy有较大提高，而塑性和冲击韧性下降出现所谓的“蓝脆现象”，此时进行热加工钢材易发生裂纹。当温度达600~C， 及E均接近于零，钢结构几乎完全丧失承载力。

   当温度在0℃以下，随温度降低，钢材强度略有提高，而塑性韧性降低，脆性增大。尤其当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧性值急剧下降，出现低温脆断。通常又把钢结构在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”，产生的裂纹称为“冷裂纹”。

   4 加载速率的影响

   大量实验表明，高的加载速率会使材料出现脆断的危险增加，一般认为其影响与降低温度相当。随着变形速率的增大，材料的屈服强度将会增加，其原因是材料来不及进行塑性变形和滑移，因而位错摆脱束缚进行滑移所需的热***时间减少，使脆性转变温度提高，所以易于产生脆断。当试件上有缺口时，应变速率的影响更为显著。脆性裂纹一经产生，裂纹就会有很严重的应力集中，这一急骤增加的应力，相当于一个加载速率很高的荷载，使裂纹迅速失稳扩展，***后使整个结构发生脆性破坏。

    综上，材质缺陷，应力集中，使用环境及加载速率是影响脆性断裂的主要因素，其中应力集中的影响尤为重要。在此值得一提的是，应力集中一般不影响钢结构的静力极限承载力，在设计时通常不考虑其影响。但在动载作用下，严重的应力集中加上材质缺陷，残余应力，冷却硬化，低温环境等往往是导致脆性断裂的根本原因。