Brève introduction des raisons de la rupture fragile des boulons à haute résistance

1 Défauts matériels

Lorsque la teneur en carbone, soufre, phosphore, oxygène, azote, hydrogène et autres éléments de l'acier est trop élevée, sa plasticité et sa ténacité seront sérieusement réduites et la fragilité augmentera en conséquence.

L'augmentation de la teneur en carbone de l'acier augmentera la température de transition fragile de l'acier. À mesure que la teneur en carbone augmente, la valeur maximale d’impact Chapy de l’acier diminue considérablement. Valeur d'impact Chabe et température d'essai

La pente de la courbe des degrés a tendance à être lente et la température de transition fragile augmente considérablement. L'augmentation de la teneur en phosphore dans l'acier réduit la contrainte de rupture aux limites des grains et la température de transition fragile augmente. L'acier contenant plus de 0,1 % de phosphore entraînera une réduction de la contrainte de rupture aux limites des grains. L'effet du phosphore sur la température de transition fragile de l'acier augmente avec l'augmentation de la teneur en phosphore, et la température de transition fragile de l'acier augmente. La présence de soufre et de phosphore a un effet néfaste sur la ténacité de l'acier. À mesure que la teneur en soufre et en phosphore augmente, la valeur K1C de l'acier diminue. L'augmentation de la teneur en soufre et en phosphore réduit le K1C de l'acier, et le soufre est plus nocif.

La présence de manganèse dans l’acier contribue à améliorer sa fragilité. À mesure que le rapport manganèse/carbone augmente, les effets nocifs du carbone et du phosphore diminuent et la température de transition fragile de l'acier est considérablement réduite. (Guide : Brève introduction des différents types de joints)

Le soufre et le phosphore réduisent la ténacité de l'acier. Il y a deux raisons principales : ①Il est concentré dans la limite de grain d'austénite d'origine, ce qui favorise la fragilisation de la limite du produit ; ②La réaction chimique du soufre génère du MnS pour former des microfissures fragiles dans la matrice. Le noyau augmente la source de nucléation des microfissures, provoquant facilement une fracture fragile.

La réduction de la teneur en soufre et en phosphore de l'acier est un moyen important d'améliorer la ténacité de l'acier, en particulier de l'acier à ultra haute résistance. La sélection d’une méthode de fusion appropriée est le moyen le plus direct et le plus simple d’améliorer la pureté de l’acier. Par rapport à la fabrication d’acier au four électrique ordinaire, la fusion sous vide peut améliorer la pureté de l’acier. L'acier à ultra haute résistance utilise généralement un four consommable sous vide (ou arc sous vide). Refusion au four) pour réduire les impuretés et la ségrégation dans l'acier afin d'améliorer la ténacité de l'acier. Tous les pays industriels avancés ont adopté des réglementations plus strictes sur la teneur en soufre et en phosphore, qui sont généralement limitées à moins de 0,06 %, mais la ségrégation de l'acier produit par les grandes aciéries de mon pays reste importante. La qualité est instable. Parmi les facteurs qui affectent la ségrégation (éléments du minerai de fer, méthode de fabrication de l'acier, taille des lingots d'acier, technologie de fusion, etc.), la principale raison est la méthode de fabrication de l'acier et la technologie de fusion. Une ségrégation importante entraînera une fragilisation à chaud, une fragilisation à froid, des fissures, de la fatigue, etc. Une série de questions.

2 Concentration du stress

Lorsque l'acier présente une concentration de contraintes dans une certaine partie, un champ de contraintes bidimensionnel ou tridimensionnel du même nombre semble rendre le matériau difficile à entrer dans l'état plastique, ce qui conduit à une rupture fragile. Plus la concentration de contraintes est importante, plus la plasticité de l'acier diminue et plus le risque de rupture fragile est grand. La concentration de contraintes des structures ou composants en acier est principalement liée aux détails de la structure:

3Utiliser l'environnement

Lorsque le boulon est soumis à une charge dynamique plus importante ou fonctionne à une température ambiante plus basse, le risque de rupture fragile du boulon augmente.

Au-dessus de 0℃, lorsque la température augmente, la résistance et le module élastique de l'acier changent. Généralement, la résistance diminue et la plasticité augmente. Lorsque la température est inférieure à 200°C, les performances de l’acier ne changent pas beaucoup. Cependant, la résistance à la traction de l'acier rebondit à environ 250°C, fy est grandement améliorée, et la plasticité et la résistance aux chocs diminuent, et ce que l'on appelle la fragilité bleue apparaît. A cette époque, l’acier travaillé à chaud est sujet aux fissures. Lorsque la température atteint 600~C et que E est proche de zéro, la structure en acier perd presque complètement sa capacité portante.

Lorsque la température est inférieure à 0℃, à mesure que la température diminue, la résistance de l'acier augmente légèrement, tandis que la ductilité diminue et la fragilité augmente. Surtout lorsque la température descend dans une certaine plage de température, la valeur de résistance aux chocs de l'acier chute fortement et une fracture fragile à basse température se produit. La rupture fragile d'une structure en acier à basse température est généralement appelée fragilité à froid à basse température, et les fissures produites sont appelées fissures à froid.

4L'influence du taux de chargement

Un grand nombre d'expériences ont montré qu'un taux de chargement élevé augmente le risque de rupture fragile du matériau, et on pense généralement que son effet équivaut à une diminution de la température. Avec l’augmentation du taux de déformation, la limite d’élasticité du matériau augmentera. La raison en est que le matériau arrive trop tard pour la déformation plastique et le glissement, de sorte que le temps d'activation thermique nécessaire à la dislocation pour se débarrasser de la contrainte et du glissement est réduit et la température de transition fragile est augmentée. Il est donc facile de produire une fracture fragile. Lorsqu’il y a des entailles sur l’éprouvette, l’effet de la vitesse de déformation est plus significatif. Une fois qu’une fissure fragile se produit, il y aura une importante concentration de contraintes au fond de la fissure. Cette augmentation soudaine de contrainte équivaut à une charge avec un taux de chargement très élevé, ce qui provoque une déstabilisation et une expansion rapides de la fissure, et finalement provoque une rupture fragile de l'ensemble de la structure.

En résumé, les défauts des matériaux, la concentration des contraintes, l'environnement d'utilisation et le taux de chargement sont les principaux facteurs affectant la rupture fragile, et la concentration des contraintes est particulièrement importante. Il convient de mentionner ici que la concentration des contraintes n’affecte généralement pas la capacité portante statique ultime de la structure en acier et que son influence n’est généralement pas prise en compte dans la conception. Mais sous l'action d'une charge dynamique, d'une concentration de contraintes importante ainsi que de défauts de matériaux, de contraintes résiduelles, de durcissement par refroidissement, d'un environnement à basse température, etc. sont souvent à l’origine de fractures fragiles.

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