材料及制造缺陷主要表現為:螺栓機械性能不合格、螺栓機械加工質量不符合要求、熱處理制度不合理、加工工序不合理、原材料存在化學成分偏析、表面脫碳等。特別是熱處理設備或工藝選用不當,會導致淬火過程不可控和不穩(wěn)定,影響螺栓的質量,造成產品個體間的不穩(wěn)定,甚至在同一產品的不同部位組織不均勻。此時,即使螺栓性能指標滿足要求,但產品還是存在潛在失效的可能。
對于材料缺陷導致的螺栓斷裂需要進行失效分析。例如某風電高強度螺栓斷裂形式為螺紋處斷裂。經過金屬掃描電鏡分析發(fā)現樣品斷面源區(qū)處呈沿晶斷裂,斷面有細長裂紋,擴展區(qū)有較多韌窩,綜合判斷螺栓失效的主要原因氫脆。
通常,酸洗處理、電鍍或驅氫不徹底等因素,氫脆成為螺栓失效的主要原因之一。氫脆發(fā)生時具有突發(fā)性且危害性較大,氫脆發(fā)生后不可逆。鋼中氫質量分數一般達到就 5×10?6 就會產生氫致裂紋,而高強度螺栓即使氫質量分數低于 5×10?6,也會發(fā)生氫脆。即在應力作用下,處在點陣間隙中的氫原子擴散并集中于缺口處而產生的應力集中區(qū),促使氫原子與位錯的相互作用,使位錯線被釘扎住,從而使基體韌性變低,脆性加劇,材料的斷裂應力下降。由于在除油、電鍍或酸洗過程中鋼表面被吸附的氫原子過飽和,使氫滲入鋼中。
因此,建議酸洗時縮短酸洗時間以免造成過酸洗,且在酸洗的過程中應加入緩蝕劑。在鍍鋅前進行去應力和鍍鋅后驅氫處理對螺栓表面進行防護處理。
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