Breve introduzione delle ragioni della frattura fragile dei bulloni ad alta resistenza
1 Difetti materiali
Quando il contenuto di carbonio, zolfo, fosforo, ossigeno, azoto, idrogeno e altri elementi nell'acciaio è troppo elevato, la sua plasticità e tenacità verranno notevolmente ridotte e la fragilità aumenterà di conseguenza.
L'aumento del contenuto di carbonio nell'acciaio aumenterà la temperatura di transizione fragile dell'acciaio. All'aumentare del contenuto di carbonio, il valore massimo di impatto Chapy dell'acciaio diminuisce in modo significativo. Valore di impatto Chabe e temperatura di prova
La pendenza della curva dei gradi tende ad essere lenta e la temperatura di transizione fragile aumenta in modo significativo. L'aumento del contenuto di fosforo nell'acciaio riduce lo stress da frattura ai bordi del grano e aumenta la temperatura di transizione fragile. L'acciaio contenente più dello 0,1% di fosforo causerà una riduzione dello stress da frattura al bordo del grano. L'effetto del fosforo sulla temperatura di transizione fragile dell'acciaio aumenta con l'aumento del contenuto di fosforo e aumenta la temperatura di transizione fragile dell'acciaio. La presenza di zolfo e fosforo ha un effetto dannoso sulla tenacità alla frattura dell'acciaio. All’aumentare del contenuto di zolfo e fosforo, il valore K1C dell’acciaio diminuisce. L'aumento del contenuto di zolfo e fosforo riduce il K1C dell'acciaio e lo zolfo è più dannoso.
La presenza di manganese nell'acciaio è utile per migliorarne la fragilità. All’aumentare del rapporto tra manganese e carbonio, gli effetti dannosi del carbonio e del fosforo diminuiscono e la fragile temperatura di transizione dell’acciaio viene significativamente ridotta. (Guida: Breve introduzione alle varie tipologie di guarnizioni)
Lo zolfo e il fosforo riducono la tenacità alla frattura dell'acciaio. Ci sono due ragioni principali: ①È concentrato nel confine originale del grano dell'austenite, che favorisce l'infragilimento del confine del prodotto; ②La reazione chimica dello zolfo genera MnS per formare fragili microfessure nella matrice. Il nucleo aumenta la fonte di nucleazione delle microfessure, causando facilmente la rottura fragile.
Ridurre il contenuto di zolfo e fosforo nell'acciaio è un modo importante per migliorare la resistenza alla frattura dell'acciaio, in particolare dell'acciaio ad altissima resistenza. Selezionare un metodo di fusione appropriato è il modo più diretto e semplice per migliorare la purezza dell'acciaio. Rispetto alla normale produzione dell'acciaio con forni elettrici, la fusione sotto vuoto può migliorare la purezza dell'acciaio. L'acciaio ad altissima resistenza utilizza generalmente un forno consumabile sotto vuoto (o arco sotto vuoto). Forno) rifusione per ridurre le impurità e la segregazione nell'acciaio per migliorare la resistenza alla frattura dell'acciaio. Tutti i paesi industriali avanzati hanno adottato normative più basse sul contenuto di zolfo e fosforo, che generalmente sono limitate a meno dello 0,06%, ma la segregazione dell’acciaio prodotto dalle principali acciaierie del mio paese è ancora pesante. La qualità è instabile. Tra i fattori che influenzano la segregazione (elementi del minerale di ferro, metodo di produzione dell'acciaio, dimensione del lingotto di acciaio, tecnologia di fusione, ecc.), il motivo principale è il metodo di produzione dell'acciaio e la tecnologia di fusione. Una grande segregazione causerà infragilimento da caldo, infragilimento da freddo, cricche, fatica, ecc. Una serie di domande.
2 Concentrazione dello stress
Quando l'acciaio ha una concentrazione di sollecitazioni in una determinata parte, un campo di sollecitazioni bidimensionali o tridimensionali dello stesso numero sembra rendere difficile l'ingresso del materiale nello stato plastico, il che porta a rotture fragili. Quanto più grave è la concentrazione delle sollecitazioni, tanto più diminuisce la plasticità dell'acciaio e maggiore è il rischio di frattura fragile. La concentrazione delle sollecitazioni delle strutture o dei componenti in acciaio è principalmente correlata ai dettagli della struttura:
3Utilizzo dell'ambiente
Quando il bullone è soggetto a un carico dinamico maggiore o lavora a una temperatura ambiente inferiore, aumenta la possibilità di rottura fragile del bullone.
Al di sopra di 0°C, quando la temperatura aumenta, la resistenza e il modulo elastico dell'acciaio cambieranno. Generalmente la resistenza diminuisce e la plasticità aumenta. Quando la temperatura è entro i 200°C le prestazioni dell'acciaio non cambiano molto. Tuttavia, la resistenza alla trazione dell'acciaio ritorna a circa 250°C, il fy è notevolmente migliorato, la plasticità e la resistenza agli urti diminuiscono e si verifica la cosiddetta fragilità blu. In questo momento, l'acciaio lavorato a caldo è soggetto a crepe. Quando la temperatura raggiunge i 600~C e E è vicino allo zero, la struttura in acciaio perde quasi completamente la sua capacità portante.
Quando la temperatura è inferiore a 0℃, al diminuire della temperatura, la resistenza dell'acciaio aumenta leggermente, mentre la duttilità diminuisce e la fragilità aumenta. Soprattutto quando la temperatura scende a un certo intervallo di temperature, il valore di resilienza dell'acciaio diminuisce drasticamente e si verifica una frattura fragile a bassa temperatura. Il cedimento fragile della struttura in acciaio a bassa temperatura è solitamente chiamato fragilità a freddo a bassa temperatura e le crepe prodotte sono chiamate crepe a freddo.
4L'influenza della velocità di carico
Numerosi esperimenti hanno dimostrato che un tasso di carico elevato aumenta il rischio di frattura fragile del materiale e generalmente si ritiene che il suo effetto equivalga ad un abbassamento della temperatura. Con l'aumento del tasso di deformazione, la resistenza allo snervamento del materiale aumenterà. Il motivo è che il materiale è troppo tardi per la deformazione plastica e lo scivolamento, quindi il tempo di attivazione termica richiesto affinché la dislocazione elimini il vincolo e lo scivolamento si riduce e la temperatura di transizione fragile aumenta. Quindi è facile produrre fratture fragili. Quando sono presenti delle tacche sul provino, l'effetto della velocità di deformazione è più significativo. Una volta che si verifica una crepa fragile, ci sarà una grave concentrazione di stress sull'apice della fessura. Questo improvviso aumento dello stress equivale a un carico con un tasso di carico molto elevato, che provoca la rapida destabilizzazione ed espansione della fessura e, infine, provoca il cedimento fragile dell'intera struttura.
In sintesi, i difetti del materiale, la concentrazione delle sollecitazioni, l’ambiente di utilizzo e la velocità di carico sono i principali fattori che influenzano la frattura fragile e la concentrazione delle sollecitazioni è particolarmente importante. Vale la pena ricordare qui che la concentrazione delle sollecitazioni generalmente non influisce sulla capacità portante ultima statica della struttura in acciaio e la sua influenza solitamente non viene considerata nella progettazione. Ma sotto l'azione del carico dinamico, della forte concentrazione di stress più difetti del materiale, stress residuo, indurimento per raffreddamento, ambiente a bassa temperatura, ecc. sono spesso la causa principale delle fratture fragili.
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