壹、材料缺陷
在影響偏析的因素(鐵礦元素、煉鋼方法、鋼錠尺寸、冶煉工藝等)中,主要是煉鋼方法和冶煉工藝造成的,偏析大就會引起熱脆、冷脆、裂紋、疲勞等壹系列問題。當鋼中的碳、硫、磷、氧、氮、氫等元素含量過高時,會嚴重降低其塑性和韌性,脆性也相應增大。
(1)鋼中含碳量的增加會使鋼的脆性轉變溫度升高,隨著含碳量的增加,鋼的查白沖擊最大值明顯降低。
(2)磷對鋼的脆性轉變溫度的影響隨著磷含量的增加,鋼的脆性轉變溫度升高,硫和磷的存在對鋼的斷裂韌性起有害作用,硫的危害更大。
(3)鋼中錳的存在對改善其脆性性能有壹定的幫助,隨著錳碳比的提高,碳磷的有害作用減小,鋼的脆性轉變溫度明顯降低。
二、應力集中
當鋼處於局部應力集中時,存在相同數量的二維或三維應力場,使材料不易進入塑性狀態,產生脆性破壞。應力集中越嚴重,鋼材的塑性就越降低,同時發生脆性斷裂的風險也就越大。鋼結構或構件的應力集中主要與施工細節有關。
第三,加工環境
當螺栓承受較大的動載荷或在較低的環境溫度下工作時,螺栓發生脆性破壞的可能性會增大。
(1)當溫度升高時,鋼的強度和彈性模量都有變化,壹般是強度降低,塑性增大。隨著溫度的繼續升高,塑性和沖擊韌性下降,出現所謂的 "藍脆現象",此時進行熱加工的鋼材很容易出現裂紋,鋼結構幾乎完全喪失承載能力。
(2)當溫度降低時,鋼材強度略有提高,而塑性韌性下降,脆性增加。特別是當溫度下降到壹定溫度範圍時,鋼的沖擊韌性值急劇下降,出現低溫脆斷。通常把鋼結構在低溫下的脆性破壞稱為 "低溫冷脆現象",產生的裂紋稱為 "冷裂紋"。
四、加載速率的影響
大量實驗表明,高加載速率會增加材料脆性斷裂的風險,壹般認為其影響與溫度降低相當。隨著變形率的增大,材料的屈服強度也會增大,其原因是材料來不及發生塑性變形而發生滑移,從而位錯擺脫滑移的束縛所需的熱活化時間減少,使脆性轉變溫度升高,因此容易產生脆性斷裂。當試樣有缺口時,應變速率的影響更為顯著。壹旦產生脆性裂紋,裂紋尖端就會產生非常嚴重的應力集中,這種應力的急劇增加,相當於壹個高加載速率的載荷,使裂紋迅速失穩並擴展,最後使整個結構脆性破壞。
五、使用冷鐓油
使用菜籽油、機械油、再生油等非專用油也會出現工件斷裂的問題,主要原因是非專用油中不含冷鐓工藝所需的添加劑,其性能達不到工藝要求。在加工過程中,油膜瞬間破裂,沖桿與工件直接接觸,由於力的釋放,導致工件脆性斷裂。
上述原因:材料缺陷、應力集中、加工環境、加載速率和加工材料是影響脆性斷裂的主要因素,其中應力集中的影響尤為重要。這裏值得壹提的是,應力集中壹般不會影響鋼結構的靜態極限承載能力,設計中通常也不會考慮其影響。但在動態荷載作用下,嚴重的應力集中加上材料缺陷、殘余應力、冷卻硬化、低溫環境等因素往往是導致脆性斷裂的根本原因。