I industriel produktion og daglig udstyrsanvendelse tjener bolte som kerneforbindelsesbefæstelser, der er ansvarlige for fastgørelse, forbindelse og bærende strukturelle belastninger. Under lang-tjeneste,bolteer påvirket af flere faktorer såsom belastningsforhold, arbejdsmiljø, fremstillingsprocesser og montagekvalitet, hvilket let kan føre til brudsvigt. Dette kan yderligere forårsage nedlukning af udstyr, strukturelle fejl og endda alvorlige sikkerhedsuheld. Dette papir introducerer systematisk de almindelige brudformer, formationsmekanismer, makroskopiske brudkarakteristika ved overbelastningsbrud, højrisikobrudpositioner og brudtilstande under forskellige belastningsforhold for bolte, hvilket giver teknisk support til forebyggelse af boltfejl, udstyrsvedligeholdelse og procesoptimering.

I. Almindelige brudformer af bolte

1. Overbelastningsbrud

Overbelastningsbrud opstår, når den øjeblikkelige belastning påført en bolt overstiger materialets ultimative trækstyrke, der tilhører typiske statiske duktile eller sprøde brud. Denne type brud opstår pludseligt uden tydelige præ-tegn. For duktile materialer har brudoverfladen generelt en kop-kegleform eller en 45--graders skrå sektion med ru overflader og betydelig plastisk deformation. For højstyrke sprøde bolte er brudfladen relativt flad med ubetydelig plastisk deformation.

Brudårsager: Urimeligt strukturelt design fører til valg af underdimensionerede bolte og utilstrækkelig belastningsmargin, hvilket resulterer i langvarig-overbelastningsdrift. Pludselige unormale arbejdsforhold såsom stødbelastninger og forbigående overbelastninger under drift af udstyret kan også forårsage øjeblikkelig over-grænsebelastning. For eksempel kan forbindelsesboltene til kranløftemekanismer lide overbelastningsbrud ved løft af overvægtige byrder.

2. Træthedsbrud

Træthedsbrud er den mest almindelige fejlform for bolte. Under langvarige -cykliske belastninger såsom vekslende spænding, kompression, bøjning og vibrationer opstår mikrotræthedsrevner ved spændingskoncentrationsområder. Revnerne udvider sig gradvist med belastningscyklusser, hvilket kontinuerligt reducerer det effektive lejeareal og fører til sidst til pludselige brud, selvom arbejdsbelastningen ikke overstiger den nominelle værdi. Træthedsbrud opstår uden tydelig plastisk deformation. Brudoverfladen er generelt glat med typiske skal-lignende eller årringe-lignende teksturer.

Brudårsager: Langtids-frem- og tilbagegående bevægelse og høj-vibration af udstyr udsætter bolte for periodisk vekslende belastning. For eksempel tåler plejlstangsboltene på bilmotorer cykliske spændings- og kompressionsbelastninger fra den højfrekvente frem- og tilbagegående bevægelse af stempler og plejlstænger, hvilket resulterer i akkumulerede træthedsskader og eventuelt træthedsbrud.

3. Korrosionsbrud

Når bolte arbejder i korrosive miljøer, opstår der kemisk eller elektrokemisk korrosion på grundmaterialet, hvilket danner overfladefejl såsom rust og grubetæring. Disse defekter reducerer det effektive lejeareal og den mekaniske styrke af bolte, hvilket fører til brud under normale arbejdsbelastninger. Korrosionsprodukter som rustlag og korrosionsgrave kan observeres på brudfladerne.

Brudårsager: Bolte, der bruges i fugtige, salt-spray- eller syrebaserede-ætsende miljøer er tilbøjelige til korrosionsfejl, såsom strukturelle stålanlæg nær havet og kemisk industrielt udstyr. For eksempel er forbindelsesboltene på skibsdæk kontinuerligt eroderet af havvand og saltspray, hvilket resulterer i materialenedbrydning og korrosionsbrud.

4. Spændingskorrosionsbrud

Spændingskorrosionsbrud refererer til sprødbrud, der opstår under den kombinerede virkning af konstant trækspænding og specifikke korrosive medier. Revnen vokser langsomt i det tidlige stadie uden tydelige fejlsymptomer, og pludselig opstår brud, når revnen når den kritiske størrelse. Brudoverfladen har to karakteristika for spændingssvigt og korrosionsskader.

Brudårsager: Visse boltmaterialer kan generere og udvide spændingskorrosionsrevner under lav konstant trækspænding i specifikke korrosive miljøer. Et typisk tilfælde er spændingskorrosionsbrud af austenitiske bolte af rustfrit stål i kloridholdige-miljøer.

5. Brintskørhedsbrud

Under fremstilling eller service trænger brintatomer ind og akkumuleres inde i boltmaterialet og danner brintmolekyler, der producerer et enormt internt tryk. Dette forårsager gitterrevner og mikrorevneformering, hvilket i sidste ende fører til skørt brud. Brintskørhed er et typisk skørt svigt karakteriseret ved flade brudflader og ingen tydelig plastisk deformation.

Brudårsager: Hydrogenatomer trænger ind i stålmatrixen under galvanisering, syrebejdsning, fosfatering og andre overfladebehandlingsprocesser uden tilstrækkelig dehydrogeneringsbehandling.Høj-stålbolteer meget følsomme over for brintskørhed. For høj hydrogenionkoncentration i pletteringsopløsning og ukvalificerede dehydrogeneringsprocesser er de vigtigste årsager til brintskørhed.

6. Brud forårsaget af fabrikationsfejl

Indvendige og overfladedefekter genereret under råmaterialeproduktion og boltfremstilling danner stresskoncentrationskilder. Under belastning øges spændingen kraftigt ved defektpositioner, hvilket inducerer revneinitiering og hurtig udbredelse, hvilket til sidst fører til brud. Oprindelige fabrikationsfejl kan tydeligt ses på brudfladen.

Brudårsager: Råmateriale defekter såsom indeslutninger, porøsitet, krympende hulrum og segregation; ukorrekt kontrol af smede-, varmebehandlings- og drejningsprocesser forårsager slukningsrevner, sliberevner, værktøjsmærker og ridser.

II. Tre karakteristiske zoner med boltoverbelastningsbrud

1. Fiberzone

Position: Placeret i midten af ​​brudfladen, tjener som revneinitierings- og indledende udbredelseszone.

Morfologiske egenskaber: Overfladen er ru og fibrøs med synlig plastisk deformation og aggregering af mikrohulrum, hvilket er et typisk træk ved duktilt brud.

Dannelsesmekanisme: I det indledende brudstadium gennemgår boltmaterialet plastisk rheologi under spænding. Mikrohulrum genererer, vokser, aggregeres og forbindes for at danne den fibrøse frakturmorfologi.

2. Udstråle zone

Position: Placeret uden for fiberzonen, svarende til det hurtige revneudbredelsesstadium.

Morfologiske egenskaber: Brudfladen er relativt flad med klare radiale eller sildebensteksturer, der strækker sig udad fra midten.

Dannelsesmekanisme: Når den indledende revne udvider sig til den kritiske størrelse, går den ind i det hurtige udbredelsesstadium. Alvorlig spændingskoncentration ved revnespidsen forårsager hurtig transgranulær eller intergranulær rivning, hvilket danner radial frakturmorfologi.

3. Forskyd læbezone

Position: Fordelt i den yderste kant af brudfladen, dannet i det sidste brudstadium.

Morfologiske egenskaber: Overfladen er glat og skrånende med typiske forskydningsglidningstræk, der danner en ringformet forskydningslæbe, som er det sidste kendetegn ved duktilt brud.

Dannelsesmekanisme: I det sidste brudstadium glider og river det resterende materiale langs det maksimale forskydningsplan under høj belastning, hvilket frembringer plastisk forskydningsdeformation og danner forskydningslæbestrukturen.

III. Almindelige holdninger af boltoverbelastningsbrud

1. Første gevindtand nær møtriklejeoverfladen

Belastninger af boltforbindelser overføres hovedsageligt gennem indgribende gevindtænder. Den første gevindtand nær møtrikkens lejeflade bærer den største belastning og udviser den mest alvorlige spændingskoncentration. Det er den mest modtagelige position for overbelastningsbrud under lang-tjeneste.

2. Gevind rod ved overgangen mellem bolthoved og skaft

Trådroden har bratte geometriske ændringer og en høj spændingskoncentrationskoefficient. Med komplekse spændingstilstande bliver det det strukturelle svage punkt for bolte og er tilbøjeligt til at bryde under overbelastning og stødbelastninger.

3. Overgangszone mellem glat skaft og gevindsektion

Pludselige ændringer i tværsnitsstørrelse og struktur ved krydset mellem glat skaft og gevindsektion forårsager tydelig spændingskoncentration og ujævn spændingsfordeling. Denne position genererer let revneinitiering under overbelastningsforhold og fører til brudsvigt.

IV. Boltbrudtilstande under forskellige belastningsformer

1. Brud under trækspænding

Typisk kop-keglebrud og tydelig overordnet forlængelse og halsdeformation kan observeres. For bolte med høj-sejhed under trækoverbelastning danner den endelige brudsektion en ca. 45-graders forskydningsvinkel med boltens akse, der tilhører typisk duktilt overbelastningsbrud, som for det meste forekommer ved den svage gevindrodsposition.

2. Brud under stødspænding og bøjningsmoment

Radiale teksturer og forskydningslæber kan observeres på frakturoverfladen, mens forskydningslæberne er ufuldstændige og ujævnt fordelt uden en fuld ringformet form. Bruddet udviser mindre plastisk deformation og tydelige sprøde egenskaber, hovedsageligt forårsaget af øjeblikkelige stød- og bøjningsbelastninger.

3. Brud under kombineret torsions- og spændingsspænding

Under kombinerede torsions- og trækbelastninger viser brudfladen tydelige hvirvlende vridningsteksturer samt halvmåne- eller vifteformede-morfologier. Den distinkte forvrængning og forskydning af bruddet dannes ved relativ glidning og rivning af materialer langs forskydningsplanet under vridningsforskydningskraft.