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緊固件在工程結(jié)構(gòu)中扮演了非常重要的角色，如航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、民用、汽車以及其它工業(yè)領(lǐng)域。緊固件失效可能導致災(zāi)難性的后果和重大的財務(wù)損失。最常見的緊固件失效模式之一是疲勞開裂。不充分的設(shè)計考慮、材料問題、不足的預緊力、松動和過多的負載都能導致緊固件疲勞。
類似于其他金屬零件，緊固件失效包括過載、腐蝕相關(guān)的開裂、脆化、蠕變和疲勞。由于外部負載，緊固件過載可能發(fā)生在安裝或使用過程中。
緊固件過載故障的調(diào)查應(yīng)包括材料性能的評價，主要目的是確定導致緊固件破壞的原因，如緊固件的強度以及施加在緊固件上的載荷。
在某些金屬中常見的應(yīng)力腐蝕開裂或氫脆，當緊固件在服役過程中承受靜態(tài)拉伸時，對緊固件來說也是重要的失效模式。
鑒于緊固件的預期應(yīng)力，材料和環(huán)境必須仔細考慮，以適當減輕應(yīng)力腐蝕開裂或氫脆。
在電鍍的過程中，氫很可能擴散進入緊固件中，從而造成氫脆。為了減少易感材料的氫脆，緊固件必須進行除氫處理。
疲勞是金屬結(jié)構(gòu)中最常見的斷裂形式，占斷裂的80%。緊固件也不例外，疲勞也是緊固件最常見的斷裂原因。
當循環(huán)載荷超過材料的疲勞強度時，當加載足夠的周期，疲勞裂紋就會在緊固件上萌生并擴展。緊固件材料、幾何、應(yīng)力振幅、平均應(yīng)力和裝配參數(shù)都會影響疲勞性能。
緊固件裝配過程是最重要的，但在分析其斷裂原因時經(jīng)常被忽視，它也是緊固件疲勞斷裂的主要根源。
斷裂的螺栓緊固件
螺栓斷口宏觀像
螺栓斷口體視鏡圖像
斷口分為A和B兩個區(qū)域，A區(qū)和B區(qū)
A區(qū)高倍形貌：裂紋萌生區(qū)形貌
B區(qū)高倍形貌：瞬時斷裂區(qū)形貌
螺栓預緊力-扭矩圖：作為屈服強度百分比圖
據(jù)介紹，文中所用的不銹鋼螺栓的動摩擦系數(shù)為0.53，螺栓的預緊力為屈服強度的25%，遠低于標準規(guī)定的50%，更遠遠低于推薦預緊力為屈服強度的75%。文中螺栓的疲勞斷裂原因是預緊力不足。因此，提高預緊力有利于降低螺栓的疲勞敏感性和發(fā)生疲勞斷裂的概率。
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