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【摘 要】 为了能够减小风场高强度螺栓的断裂问题，可以经过拉伸方面检测和硬度测定等方法，分析和研究高强出现断裂的原因和机理，总结出产生高强度螺栓断裂问题的原因有多种方面，例如应力集中、预紧力过大、材质缺陷等问题。
【关键词】 高强度螺栓；应力集中；预紧力
现阶段，对于钢材脆性研究已经取得一定的成果，而且大量的钢材运用在许多领域，比如说民用以及工业建设中，特别是压力容器和风电以及航空航天等相关领域。然而高强度螺栓运用在低温或是高压、辐射等多种环境下，其常常会产生脆性断裂问题，同时造成后果难以想象。高强度螺栓脆性断裂问题一般是在低温环境下比较容易产生，但是其造成的破坏性确实非常严重，在断裂之前螺栓并不会表现出任何征兆。对于分析和研究高强度螺栓的常见断裂原因有着深远意义。
一、高强度螺栓产生断裂的原因
（一）应力集中造成的断裂
高强度螺栓为了能够克服部件间存在的位移，防止螺栓在应力作用下出现弯曲，一般要在设计过程中加强预紧力，这样高强度螺栓就会承受更大的脉动荷载，甚至有时会产生冲击荷载。对此，高强度螺栓产生断裂常常是因为过载拉伸或者是疲劳断裂引发的。通常状况下，高强度螺栓选择的钢材一定要具备较强的抗拉强度，从而抵抗拉长和拉断等，同时也要具备较强的疲劳抗力以及冲击韧度，进而有效抵抗疲劳损坏和冲击断裂。另外，因为高强度螺栓自身存在很多缺口结构，所以高强度螺栓必然会在应力集中环境下工作。若是钢材自身某一个部位产生应力集中问题，这时就会产生二维或者是三维应力场，从而使材料出现塑性状态，进而造成高强度螺栓出现脆性断裂。如果是应力过于集中，这样高强度螺栓自身的塑性就相对较低，从而就会产生断裂现象。
（二）螺栓材料存在问题
如果钢材中含有的碳、硫、氧等多种元素含量相对较高时，会在很大程度上减小螺栓的塑性以及韧性，同时脆性也会显著提升。若是螺栓中的碳含量相对较高，就会造成钢材脆性转变为温度升高。在碳含量逐渐提升形势下，螺栓的冲击数值就会减小。其中摆锤的冲击数值和试验的温度曲线变化趋势相对缓慢，但是脆性的转变会随着温度变化明显提升。另外钢材中的磷元素不断增加下，会造成断裂应力一定程度上的减小。
（三）应用环境的影响
钢结构在承受相对较大的作用下或是处在温度相对偏低的形势下，就会在很大程度上加大高强度螺栓产生断裂现象的可能性[1]。环境在零摄氏度以上，会在温度升高影响下使高强度螺栓自身的强度和弹性模量产生一定变化，通常状况下，高强度螺栓的强度会降低，而塑性增强。同时在200摄氏度之内，高强度螺栓自身的性能不会产生相对较大的变化。可是在250摄氏度时，高强度螺栓自身的抗拉强度和屈服极限会在一定程度上有所提升，但是塑性以及冲击韧性会有所降低，从而产生“蓝脆现象”。这时对钢材完成热处理就会造成钢材生产断裂问题。
（四）加载速率产生的断裂
大量实验证明，相对较高的加载速率也是造成高强螺栓断裂的原因之一，通常状况下，加载速率造成的影响和减小温度大致相同。在变形速率不断加大形势下，高强度螺栓就会在一定程度上加强屈服强度，其中原因为高强度螺栓难以及时完成塑性变形与滑移，从而使摆脱束缚时出现滑移需求的热激活时间在一定程度上降低，有效提升脆性的变化温度，比较容易产生断裂问题。若是部件存在缺口，这时应变的速率就会受到严重影响。
二、高强度螺栓断裂试验研究分析
（一）性能检测和端口研究
选择材料是42CrMoA的高强度螺栓，其强度的等级时12.9.经过观察与研究，分析其力學性能以及端口等，然后进行检测，主要对断裂（D-1）以及相同型号螺栓（W-1）完成研究与分析，如表1所示。断裂螺栓存在缩颈状况，但是螺栓的表面并没有脱碳现象，由此表明此高强度螺栓出现断裂问题主要是因为预紧力相对较大引发的。
从表1中能够得出，样品的化学成分所测得数值均值都在标准的区域之后在之中，而高强度螺栓自身的化学成分和力学性能以及硬度等相关结果全部合格。但是在高强度螺栓的外貌来看，存在相对明显的断裂问题，其主要是韧性断口[2]。经过综合分析得出。此高强度螺栓是预紧力相对较大引发的螺栓断裂，同时在运行之后进一步扩展造成的。因此，可以再螺栓的把紧过程中充分运用液压扳手+手动结合的方法，并且预紧力一定要满足相关标准需求。建议在螺栓把紧时采用预紧扳手，同时预紧力要达到标准的要求。
（二）热处理工艺不合理引发的高强度螺栓断裂
选择材料是43CrMo高强度螺栓，其强度等级是8.8。经过针对高强度螺栓完成化学成分以及力学特性等的相关检测，标明高强度螺栓的微组织是上贝氏组织，但是有关检测工作人员标明，此高强度螺栓因为显微组织才存在问题。造成高强度螺栓的自身性能降低，引发其出现断裂问题。
三、结束语
总之，高强度螺栓必须在设计过程中对断裂的所有要素进行综合分析，而在生产过程中运用相应的对策进行有效预防，经过精心设计和有效检测等对策，防止高产生断裂问题，从而保证风场的正常运行。
参考文献：
[1]曾振鹏.高强度螺检断裂分析[J].理化检验：物理分册，2012，（12）：559-561.
[2]韩志良，马红卫，丁燕君.高强度螺检断裂失效分析[J].理化检验：物理分册，2013，（9）：477-480.
【关键词】 高强度螺栓；应力集中；预紧力
现阶段，对于钢材脆性研究已经取得一定的成果，而且大量的钢材运用在许多领域，比如说民用以及工业建设中，特别是压力容器和风电以及航空航天等相关领域。然而高强度螺栓运用在低温或是高压、辐射等多种环境下，其常常会产生脆性断裂问题，同时造成后果难以想象。高强度螺栓脆性断裂问题一般是在低温环境下比较容易产生，但是其造成的破坏性确实非常严重，在断裂之前螺栓并不会表现出任何征兆。对于分析和研究高强度螺栓的常见断裂原因有着深远意义。
一、高强度螺栓产生断裂的原因
（一）应力集中造成的断裂
高强度螺栓为了能够克服部件间存在的位移，防止螺栓在应力作用下出现弯曲，一般要在设计过程中加强预紧力，这样高强度螺栓就会承受更大的脉动荷载，甚至有时会产生冲击荷载。对此，高强度螺栓产生断裂常常是因为过载拉伸或者是疲劳断裂引发的。通常状况下，高强度螺栓选择的钢材一定要具备较强的抗拉强度，从而抵抗拉长和拉断等，同时也要具备较强的疲劳抗力以及冲击韧度，进而有效抵抗疲劳损坏和冲击断裂。另外，因为高强度螺栓自身存在很多缺口结构，所以高强度螺栓必然会在应力集中环境下工作。若是钢材自身某一个部位产生应力集中问题，这时就会产生二维或者是三维应力场，从而使材料出现塑性状态，进而造成高强度螺栓出现脆性断裂。如果是应力过于集中，这样高强度螺栓自身的塑性就相对较低，从而就会产生断裂现象。
（二）螺栓材料存在问题
如果钢材中含有的碳、硫、氧等多种元素含量相对较高时，会在很大程度上减小螺栓的塑性以及韧性，同时脆性也会显著提升。若是螺栓中的碳含量相对较高，就会造成钢材脆性转变为温度升高。在碳含量逐渐提升形势下，螺栓的冲击数值就会减小。其中摆锤的冲击数值和试验的温度曲线变化趋势相对缓慢，但是脆性的转变会随着温度变化明显提升。另外钢材中的磷元素不断增加下，会造成断裂应力一定程度上的减小。
（三）应用环境的影响
钢结构在承受相对较大的作用下或是处在温度相对偏低的形势下，就会在很大程度上加大高强度螺栓产生断裂现象的可能性[1]。环境在零摄氏度以上，会在温度升高影响下使高强度螺栓自身的强度和弹性模量产生一定变化，通常状况下，高强度螺栓的强度会降低，而塑性增强。同时在200摄氏度之内，高强度螺栓自身的性能不会产生相对较大的变化。可是在250摄氏度时，高强度螺栓自身的抗拉强度和屈服极限会在一定程度上有所提升，但是塑性以及冲击韧性会有所降低，从而产生“蓝脆现象”。这时对钢材完成热处理就会造成钢材生产断裂问题。
（四）加载速率产生的断裂
大量实验证明，相对较高的加载速率也是造成高强螺栓断裂的原因之一，通常状况下，加载速率造成的影响和减小温度大致相同。在变形速率不断加大形势下，高强度螺栓就会在一定程度上加强屈服强度，其中原因为高强度螺栓难以及时完成塑性变形与滑移，从而使摆脱束缚时出现滑移需求的热激活时间在一定程度上降低，有效提升脆性的变化温度，比较容易产生断裂问题。若是部件存在缺口，这时应变的速率就会受到严重影响。
二、高强度螺栓断裂试验研究分析
（一）性能检测和端口研究
选择材料是42CrMoA的高强度螺栓，其强度的等级时12.9.经过观察与研究，分析其力學性能以及端口等，然后进行检测，主要对断裂（D-1）以及相同型号螺栓（W-1）完成研究与分析，如表1所示。断裂螺栓存在缩颈状况，但是螺栓的表面并没有脱碳现象，由此表明此高强度螺栓出现断裂问题主要是因为预紧力相对较大引发的。
从表1中能够得出，样品的化学成分所测得数值均值都在标准的区域之后在之中，而高强度螺栓自身的化学成分和力学性能以及硬度等相关结果全部合格。但是在高强度螺栓的外貌来看，存在相对明显的断裂问题，其主要是韧性断口[2]。经过综合分析得出。此高强度螺栓是预紧力相对较大引发的螺栓断裂，同时在运行之后进一步扩展造成的。因此，可以再螺栓的把紧过程中充分运用液压扳手+手动结合的方法，并且预紧力一定要满足相关标准需求。建议在螺栓把紧时采用预紧扳手，同时预紧力要达到标准的要求。
（二）热处理工艺不合理引发的高强度螺栓断裂
选择材料是43CrMo高强度螺栓，其强度等级是8.8。经过针对高强度螺栓完成化学成分以及力学特性等的相关检测，标明高强度螺栓的微组织是上贝氏组织，但是有关检测工作人员标明，此高强度螺栓因为显微组织才存在问题。造成高强度螺栓的自身性能降低，引发其出现断裂问题。
三、结束语
总之，高强度螺栓必须在设计过程中对断裂的所有要素进行综合分析，而在生产过程中运用相应的对策进行有效预防，经过精心设计和有效检测等对策，防止高产生断裂问题，从而保证风场的正常运行。
参考文献：
[1]曾振鹏.高强度螺检断裂分析[J].理化检验：物理分册，2012，（12）：559-561.
[2]韩志良，马红卫，丁燕君.高强度螺检断裂失效分析[J].理化检验：物理分册，2013，（9）：477-480.