详解：螺栓为什么会断裂及原因

紧固件是将两个或两个以上的零件（或构件）紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。它的特点是品种规格繁多，性能用途各异，而且标准化、系列化、通用化的程度极高。通常情况下紧固件加工由自动化生产设备将原材料通过一系列工序制造成成品，中间不需要或只需要少量的人工干预即可完成。但某些情况下生产出来的工件并不能满足设计需求，下面就简单介绍下有哪些原因导致工件出现质量问题：

一、材质缺陷

当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。主要原因有两点：（1）偏聚于原始奥氏体晶界，促使品界脆化。（2）化学反应在基体中形成脆性微裂纹起源核心，使微裂纹成核源增加，导致脆断容易发生。减少钢中硫、磷含量是改善钢断裂韧性的重要途径，特别是超高强度钢。选用适宜的冶炼方法是提高钢的纯度最直接、最易实现的途径，与普通电炉炼钢法相比，采用真空冶炼能提高钢的纯度，超高强度钢一般用真空自耗炉或真空电弧炉重熔，以减少钢中杂质和偏析，以提高钢断裂韧性。影响偏析的主因是炼钢方法和冶炼技术，偏析大将会引起热脆、冷脆、裂缝、疲劳等一系列问题。

二、应力集中

当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场使材料不易进入塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。钢结构或构件的应力集中主要与构造细节有关。

三、金属加工油的选用

生产纯祥紧固件所使用的金属加工油在很大程度上影响了工件的质量。根据工件的材质、加工工艺、工件的成型次数、变形量大小、加工设备等因素，选用合适的金属加工油可以从提高生产效率，避免因菜籽油、废机油等非专用油品产生的工件划痕、拉毛、拉伤、断裂等问题产生。

四、加工环境

当螺栓受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时，螺栓脆性破坏的可能性增大。在0℃以上，当温度升高时，钢材的强度及弹性模量均有变化，一般是强度降低，塑性增大。温度在200℃以内时，钢材的性能没有多大变化。但在250℃左右钢材的抗拉强度反弹，而塑性和冲击韧性下降出现所谓的“蓝脆现象”，此时进行热加工钢材易发生裂纹。当温度达600℃以上时钢结构几乎完全丧失承载力。当温度在0℃以下，随温度降低，钢材强度略有提高，而塑性韧性降低，脆性增大。尤其当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧性值急剧下降，出现低温脆断。通常又把钢结构在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”，产生的裂轮数纹称为“冷裂纹”。

五、加载速率的影响

大量实验表明，高的加载速率会使材料出现脆断的危险增加，一般认为其影响与降低温度相当。随着变形速率的增大，材料的屈服强度将会增加，其原因是材料来不及进行塑性变形和滑移，因而位错摆脱束缚进行滑移所需的热激活时间减少，使脆性转变温度提高，所以易于产生脆断。当试件上有缺口时，应变速率的影响更为显著。脆性裂纹一经产生，裂纹尖端就会有很严重的应力集中，这一急骤增加的应力，相当于一个加载速率很高的荷载，使裂纹迅速失稳扩展，最后使整个结构发生脆性破坏。

综合上述原因，材质缺陷、应力集中、加工环境、油品选用及加腊裤首载速率是影响紧固件断裂的主要因素。

1、断裂失效

零件完全断裂而且在工作中丧失或达不到预期功能称为断裂失效。断裂方式有：塑性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂等。

2、氢脆

在金属凝固的过程中，溶入其中的氢没能及时释放出来，向金属中缺陷附近扩散，到室温时原子氢在缺陷处结合成分子氢并不断聚集，从而产生巨大的内压力，使金属发生裂纹。

3、应力腐蚀开裂

包括点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、全面腐蚀。

4、腐蚀失效

5、液态金属致脆

能使材料致脆的液态金属主要有碱金属(Li、Na、K)、非碱金属(Hg、Ca、Zn、Se、Cd、Sn)以及Pb-Bi合金、Ni-Sn合金等。

6、高温所致失效

蠕变所致失效、二次回火脆性所致失效

7、变形与脱扣。

扩展资料

1、断裂失效

机械产品最主要和最具危险性的失效虚山，其分类比较复杂，一般有如下几种：

(1)按断裂机理分为滑移分离、韧窝断裂、蠕变断裂、解理与准解理断裂、沿晶断裂和疲劳断裂；

(2)按断裂路径分为穿晶、沿晶和混晶断裂；

(3)按断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。

2、氢脆消除措施

(1)减少金属中渗氢的数量，必须尽量减散帆少高强度/高硬度钢制紧固件的酸洗，因为酸洗可加剧氢脆。

(2)采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层。

(3)镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患。

(4)控制镀层厚度。

3、防止应力腐蚀开裂的措施

合理选择材料；减少或消除零件中的残余拉应力；改善介质条件；采用电化学保护。

4、腐蚀失效

按腐蚀环境可分为化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀按金厉被腐蚀的理化机理可分为物理腐蚀（金属在介质中被溶解形成溶液而不是化学物）、化学腐蚀、电化学腐蚀。后两种腐冲誉雹蚀的主要区别在于形成化合物的过程中是否在原子之间有电荷的转移。

按腐蚀使构件损伤的情况又可分为全面腐蚀(或称均匀腐蚀）、局部腐蚀、集中腐蚀（即点腐蚀）。

参考资料来源：百度百科-断裂失效

参考资料来源：百度百科-紧固件的失效分析及其预防

参考资料来源：百度百科-氢脆

参考资料来源：百度百科-应力腐蚀开裂

参考资料来源：百度百科-腐蚀失效

参考资料来源：百度百科-液态金属致脆

一、材质缺陷

影响偏析的因素中(铁矿石元素、炼钢方法、钢锭大小、冶炼技术等)，主因是炼钢方法和冶炼技术，偏析大将会引起热脆、冷脆、裂缝、疲劳等一系列问题。当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。

（1）钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高，随着含碳量的增加，钢的最大恰贝冲击值显著降低皮此腊。

（2）磷对钢脆性转变温度影响随磷含量增加，钢脆性转变温度升高，硫与磷的存在对钢的断裂韧性起有害作用，硫危害性更大。

（3）钢中锰元素的存在对改善其脆性性能有一定帮助，随锰与碳之比值提高，碳、磷有害作用下降，钢的脆性转变扒粗温度显著降低。

二、应力集中

当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场使材料不易进入塑性状态，从而导致脆性破坏。应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。钢结构或构件的应力集中主要与构造细节有关。

三、加工环境

当螺栓受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时，螺栓脆性破坏的可能性增大。

（1）当温度升高时，钢材的强度及弹性模量均有变化，一般是强度降低，塑性增大。随着温度的不断升高，而塑性和冲击韧性下降出现所谓的“蓝脆现象”，此时进行热加工钢燃滑材易发生裂纹，钢结构几乎完全丧失承载力。

（2）当温度降低，钢材强度略有提高，而塑性韧性降低，脆性增大。尤其当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧性值急剧下降，出现低温脆断。通常又把钢结构在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”，产生的裂纹称为“冷裂纹”。

四、加载速率的影响

大量实验表明，高的加载速率会使材料出现脆断的危险增加，一般认为其影响与降低温度相当。随着变形速率的增大，材料的屈服强度将会增加，其原因是材料来不及进行塑性变形和滑移，因而位错摆脱束缚进行滑移所需的热激活时间减少，使脆性转变温度提高，所以易于产生脆断。当试件上有缺口时，应变速率的影响更为显著。脆性裂纹一经产生，裂纹尖端就会有很严重的应力集中，这一急骤增加的应力，相当于一个加载速率很高的荷载，使裂纹迅速失稳扩展，最后使整个结构发生脆性破坏。

五、冷镦成型油的使用

使用菜籽油、机械油、再生油等非专用油品也会发生工件断裂的问题，主要原因是非专用油品其不含有冷镦工艺所需要的添加剂成分，性能不能满足工艺要求。在加工过程中油膜瞬间破裂，冲棒与工件直接接触，因作用力的释放导致工件发生脆性断裂。

综合上述原因：材质缺陷，应力集中，加工环境，加载速率及工艺原料是影响脆性断裂的主要因素，其中应力集中的影响尤为重要。在此值得一提的是，应力集中一般不影响钢结构的静力极限承载力，在设计时通常不考虑其影响。但在动载作用下，严重的应力集中加上材质缺陷，残余应力，冷却硬化，低温环境等往往是导致脆性断裂的根本原因。

1、设计原因。一个仪器或设备的受力部分的设计必须考虑到其强度和持续受力时的各种作用力。但有时可能是因为考虑得不全面，或为了省工省料，受力部分的厚度、承受力的作用的部分设计不当，就容易发生断裂。

2、材料原因。即使是合理的设计，也会因为材料选择或材料质量的原因，达不到原来的设计强度，从而产生断裂。

3、材料的使用时限。任何一种材料，在其规定的使用条件下，都有其使用时限。这主要是任何材料都有其疲劳强度，即在使用其间，材料会因持续受力或持续振动等原因，其内部结构会发生变化，产生一些细微的内部裂纹，最终会使材料断裂。一般在设计时，会考虑到这种情况，并在不同的部位，选择不同的材料，或增加材料的厚度、采用不同的加固方法，增加其抗疲劳强度，使仪器或设备的整体使用时限（叫设计寿命）保持在一个合理的范围内。例如汽车、家电等都用这种方式来保证整体使数返让用时限。一旦使用时限到了（比如十年或十五年），就会不是这里坏，就是那里坏，维修和使用成本大大上升，不如换新的。同时，与金属材料相比，塑料材料也容易老化变脆，使其抗疲劳强度大大下降。

4、使用不合理。塑料材料与金属材料不同世指，一般是抗压强度优于抗拉强度。而为了使仪器或设备使用时更加牢固，通常会使劲地拧紧螺丝，使塑料制的螺丝柱受到的拉力（向四面扩张的薯局力）大于设计受力，缩短了螺丝柱的使用寿命。所以在使用塑料部件时，其紧固件（螺丝等）不能拧得太紧，以免影响使用寿命。

不论何种变形方式，其微观形式均为位错在晶体内的移动。

铁丝必然是多晶材料，在受力庆亏产生塑性变形时还会伴随着晶粒转动来开动多晶滑移，此外晶界的作用会促使晶内位错源开动，源源不断的产生位错。

位错的运动是由原子和空位的移动形成的。这些不断产生的位错在外应力扮差穗的作用下运动到晶界或表面湮灭，在晶界和表面产生大量的空位。

当金属扰滚旦材料在交变载荷下长时间工作而引起的断裂现象。

机理是金属材料表面存在微观瑕疵裂纹，称为疲劳源；当材料在交变载荷下工作时，疲劳源处易发缓扰生应力集中备辩，从而使裂纹逐渐扩展，形成裂纹扩展区；当裂纹扩展不断扩展，使得载荷超过了裂纹扩展区之外部分的强度极限时，发成脆性断裂，这部分称为断裂区。

疲劳磨损机理：裂纹形成 裂纹扩展剥落

1） 裂纹源：位错理论解释为在接触应力作用下－亚表层塑性变形而造成晶格滑移，造成不均匀而产生局部应力集中——裂纹源，当有大的滑动时，最大剪切应力向表层移动，枝锋内部缺陷也是产生裂纹的源泉。

2） 裂纹扩展：在应力的反复作用下，裂纹向表层内部扩展，开始扩展较慢，与主应力方向成45°夹角。当应岁搭散力扩展到客观尺寸后，裂纹扩展与主应力垂直，扩展速度加快。

3） 剥落：多裂纹相互连接到一起，即形成剥落。乎氏

疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹空清亚稳扩展及最后失稳扩展三个阶段，其疲劳寿命Nf由疲劳裂纹萌生期Ni和裂纹亚稳扩展期Np所组成。

疲劳裂纹萌生主要包括：

1、滑移带开裂产生裂纹，金属在循环应力长期作用下，即使是应力低于屈服应力，也会发生循环滑移并形成循环滑移带。

2、相界面开裂产生裂纹，很多疲劳源是由材料中的第二相或夹杂物引起的，便提出了第二相、夹杂物和基体界面开裂，或第二相、夹杂物本身开裂的疲劳裂纹机理。

3、晶界开斗游前裂产生裂纹，多晶体材料由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向性，位错在某一晶粒内运动会受到晶界的阻碍作用，在晶界处发生位错塞积和应力集中现象。在应力不断循环下，晶界处得应磨告力集中得不到松弛，应力峰越来越高，当超过晶界强度时就会在晶界处产生裂纹。