In de industriële productie en bij dagelijkse apparatuurtoepassingen dienen bouten als kernverbindingsbevestigingen die verantwoordelijk zijn voor het bevestigen, verbinden en dragen van structurele belastingen. Tijdens langdurig dienstverbandboutenworden beïnvloed door meerdere factoren, zoals belastingsomstandigheden, werkomgeving, productieprocessen en assemblagekwaliteit, die gemakkelijk kunnen leiden tot breuken. Dit kan verder leiden tot het stilleggen van apparatuur, structurele storingen en zelfs ernstige veiligheidsongevallen. Dit artikel introduceert systematisch de gebruikelijke breukvormen, formatiemechanismen, macroscopische breukkarakteristieken van overbelastingsfracturen, breukposities met een hoog risico en breuktoestanden onder verschillende belastingsomstandigheden van bouten, en biedt technische ondersteuning voor het voorkomen van boutfalen, onderhoud van apparatuur en procesoptimalisatie.

I. Veel voorkomende breukvormen van bouten

1. Overbelastingsbreuk

Overbelastingsbreuk treedt op wanneer de momentane belasting die op een bout wordt uitgeoefend de ultieme treksterkte van het materiaal overschrijdt, behorend bij typische statische ductiele of brosse breuken. Dit type fractuur treedt plotseling op zonder duidelijke tekenen van vóór het falen. Voor ductiele materialen heeft het breukoppervlak doorgaans de vorm van een komkegel of een hellend gedeelte van 45 graden met ruwe oppervlakken en aanzienlijke plastische vervorming. Voor brosse bouten met hoge sterkte is het breukoppervlak relatief vlak met verwaarloosbare plastische vervorming.

Breukoorzaken: Een onredelijk structureel ontwerp leidt tot een ondermaatse boutselectie en onvoldoende belastingsmarge, wat resulteert in langdurige overbelasting. Plotselinge abnormale werkomstandigheden zoals schokbelastingen en voorbijgaande overbelastingen tijdens de werking van de apparatuur kunnen ook onmiddellijke overbelasting veroorzaken. De verbindingsbouten van kraanhefmechanismen kunnen bijvoorbeeld door overbelasting breken bij het heffen van lasten met overgewicht.

2. Vermoeidheidsbreuk

Vermoeidheidsbreuk is de meest voorkomende faalvorm van bouten. Onder cyclische belastingen op lange termijn, zoals wisselende spanning, compressie, buiging en trillingen, ontstaan ​​microvermoeidheidsscheuren op plaatsen waar spanningen geconcentreerd zijn. De scheuren breiden zich geleidelijk uit met belastingscycli, waardoor het effectieve draagoppervlak voortdurend wordt verkleind, en uiteindelijk leiden tot plotselinge breuken, zelfs als de werkbelasting de nominale waarde niet overschrijdt. Vermoeidheidsbreuk treedt op zonder duidelijke plastische vervorming. Het breukoppervlak is over het algemeen glad met typische schaalachtige of jaarlijkse ringachtige texturen.

Breukoorzaken: Langdurige heen en weer gaande beweging en hoogfrequente trillingen van apparatuur die bouten blootstellen aan periodieke wisselende spanning. De drijfstangbouten van automotoren ondergaan bijvoorbeeld cyclische spannings- en compressiebelastingen als gevolg van de hoogfrequente heen en weer gaande beweging van zuigers en drijfstangen, wat resulteert in geaccumuleerde vermoeidheidsschade en uiteindelijk vermoeidheidsbreuk.

3. Corrosiebreuk

Wanneer bouten in corrosieve omgevingen werken, treedt chemische of elektrochemische corrosie op het basismateriaal op, waardoor oppervlaktedefecten zoals roest en putcorrosie ontstaan. Deze defecten verminderen het effectieve lageroppervlak en de mechanische sterkte van bouten, wat leidt tot breuk onder normale werkbelastingen. Op de breukvlakken zijn corrosieproducten zoals roestlagen en corrosieputten waar te nemen.

Breukoorzaken: Bouten die in vochtige, zoutsproeiende of zuur-base corrosieve omgevingen worden gebruikt, zijn gevoelig voor corrosieschade, zoals constructiestaalfaciliteiten in de buurt van de zee en chemische industriële apparatuur. De verbindingsbouten op scheepsdekken worden bijvoorbeeld voortdurend geërodeerd door zeewater en zoutnevel, wat resulteert in materiaaldegradatie en corrosiebreuk.

4. Breuk door spanningscorrosie

Spanningscorrosiefractuur verwijst naar brosse breuk die optreedt onder de gecombineerde werking van constante trekspanning en specifieke corrosieve media. De scheur groeit in het beginstadium langzaam zonder duidelijke faalsymptomen, en er treedt een plotselinge breuk op zodra de scheur de kritische omvang bereikt. Het breukoppervlak vertoont dubbele kenmerken van spanningsfalen en corrosieschade.

Breukoorzaken: Bepaalde boutmaterialen kunnen spanningscorrosiescheuren veroorzaken en uitbreiden onder lage constante trekspanning in specifieke corrosieve omgevingen. Een typisch geval is de spanningscorrosiefractuur van austenitische roestvrijstalen bouten in chloriderijke omgevingen.

5. Waterstofverbrossingsbreuk

Tijdens de productie of het onderhoud dringen waterstofatomen door en hopen zich op in het boutmateriaal, waardoor waterstofmoleculen worden gevormd die een enorme interne druk veroorzaken. Dit veroorzaakt roosterscheuren en microscheurvoortplanting, wat uiteindelijk leidt tot brosse breuk. Waterstofverbrossing is een typische brosse breuk die wordt gekenmerkt door vlakke breukoppervlakken en geen duidelijke plastische vervorming.

Breukoorzaken: Waterstofatomen dringen de staalmatrix binnen tijdens galvaniseren, beitsen met zuur, fosfateren en andere oppervlaktebehandelingsprocessen zonder adequate dehydrogeneringsbehandeling.Zeer sterke stalen boutenzijn zeer gevoelig voor waterstofverbrossing. Overmatige concentratie waterstofionen in de plateeroplossing en ongekwalificeerde dehydrogeneringsprocessen zijn de belangrijkste oorzaken van waterstofverbrossingsbreuk.

6. Breuk veroorzaakt door fabricagefouten

Interne en oppervlaktedefecten die ontstaan ​​tijdens de productie van grondstoffen en bouten vormen bronnen van spanningsconcentratie. Onder belasting neemt de spanning scherp toe op de defectposities, waardoor scheurinitiatie en snelle voortplanting worden veroorzaakt, wat uiteindelijk tot breuk leidt. Originele fabricagefouten zijn duidelijk zichtbaar op het breukoppervlak.

Breukoorzaken: Grondstofdefecten zoals insluitsels, porositeit, krimpholtes en segregatie; Onjuiste controle van smeed-, warmtebehandeling- en draaiprocessen veroorzaakt blusscheuren, slijpscheuren, gereedschapssporen en krassen.

II. Drie karakteristieke zones van boutoverbelastingsbreuk

1. Vezelzone

Positie: Gelegen in het midden van het breukoppervlak en dient als scheurinitiatie- en initiële voortplantingszone.

Morfologische kenmerken: Het oppervlak is ruw en vezelig met zichtbare plastische vervorming en aggregatie van microholten, wat een typisch kenmerk is van ductiele breuken.

Vormingsmechanisme: In de initiële breukfase ondergaat het boutmateriaal onder spanning plastische reologie. Microvoids genereren, groeien, aggregeren en verbinden zich om de vezelige breukmorfologie te vormen.

2. Straalzone

Positie: Gelegen buiten de vezelzone, overeenkomend met de fase van snelle scheurvoortplanting.

Morfologische kenmerken: Het breukoppervlak is relatief vlak met duidelijke radiale of visgraatstructuren die zich vanuit het midden naar buiten uitstrekken.

Vormingsmechanisme: Wanneer de initiële scheur uitzet tot de kritische grootte, komt deze in de fase van snelle voortplanting. Een ernstige spanningsconcentratie aan de scheurtip veroorzaakt een snelle transgranulaire of intergranulaire scheuring, waardoor een radiale breukmorfologie ontstaat.

3. Scheerlipzone

Positie: Verdeeld aan de buitenste rand van het breukoppervlak, gevormd in de laatste breukfase.

Morfologische kenmerken: Het oppervlak is glad en hellend met typische schuifslipkenmerken, waardoor een ringvormige schuiflip ontstaat, wat het laatste kenmerk is van ductiele breuk.

Vormingsmechanisme: In de laatste breukfase glijdt en scheurt het restmateriaal onder hoge spanning langs het maximale schuifvlak, waardoor plastische schuifvervorming ontstaat en de schuiflipstructuur wordt gevormd.

777

III. Veelvoorkomende standpunten over breuk bij overbelasting van bout

888

1. Eerste draadtand nabij het moerlageroppervlak

De belasting van boutverbindingen wordt voornamelijk via in elkaar grijpende draadtanden overgedragen. De eerste draadtand nabij het moerdraagoppervlak draagt ​​de grootste belasting en vertoont de zwaarste spanningsconcentratie. Het is de meest gevoelige positie voor breuken door overbelasting tijdens langdurig gebruik.

2. Draadwortel bij de overgang tussen boutkop en schacht

De draadwortel vertoont abrupte geometrische veranderingen en een hoge spanningsconcentratiecoëfficiënt. Bij complexe spanningstoestanden wordt het het structurele zwakke punt van bouten en is het gevoelig voor breuken onder overbelasting en stootbelastingen.

3. Overgangszone tussen gladde schacht en draadgedeelte

Abrupte veranderingen in de afmeting en structuur van de dwarsdoorsnede op de kruising van de gladde schacht en het draadgedeelte veroorzaken duidelijke spanningsconcentratie en ongelijkmatige spanningsverdeling. Deze positie genereert gemakkelijk scheurinitiatie onder overbelastingsomstandigheden en leidt tot breukfalen.

IV. Boutbreukstatussen onder verschillende laadvormen

1. Breuk onder trekspanning

Er kunnen typische cup-conus breuken en duidelijke algehele rek- en insnoeringsvervormingen worden waargenomen. Voor bouten met hoge taaiheid onder overbelasting door trek vormt het laatste breukgedeelte een afschuifhoek van ongeveer 45 graden met de boutas, behorend bij de typische ductiele overbelastingsbreuk, die meestal optreedt bij de zwakke draadwortelpositie.

999

2. Breuk onder impactspanning en buigmoment

Op het breukoppervlak kunnen radiale texturen en schuiflippen worden waargenomen, terwijl de schuiflippen onvolledig en ongelijk verdeeld zijn zonder een volledige ringvormige vorm. De breuk vertoont lichte plastische vervorming en duidelijke brosse eigenschappen, voornamelijk veroorzaakt door onmiddellijke impact- en buigbelastingen.

101010

3. Breuk onder gecombineerde torsie- en trekspanning

Onder gecombineerde torsie- en trekbelastingen vertoont het breukoppervlak duidelijke wervelende torsietexturen, evenals halvemaanvormige of waaiervormige morfologieën. De duidelijke vervorming en verschuiving van de breuk wordt gevormd door relatieve slip en scheuring van materialen langs het afschuifvlak onder torsie-afschuifkracht.

111111