Замедленное хрупкое разрушение 

Явление ползучести металла иногда наблюдается и при нормальных температурах. Это так называемая холодная ползучесть. Холодной ползучести подвержены малопластичные металлы с метастабильной структурой (сталь З0ХГСНА, 30ХГСА (σв > 1200 МПа), высокопрочные титановые сплавы). Болты и шпильки, изготовленные из таких металлов, могут разрушиться в течение нескольких дней или даже часов после установки, сборки узла с предварительной затяжкой болтов без приложения какой-либо рабочей нагрузки. Данное явление называется замедленное хрупкое разрушение. Основные особенности явления – макрохрупкий излом и внезапность.

Как показывает статистика, причиной примерно половины случаев излома высокопрочных болтов является замедленное разрушение. Наиболее часто выходят из строя болты, используемые при сборке соединительных узлов из металла с большой податливостью и при возникновении каких-либо перекосов при сборке.

Местонахождение перекоса весьма существенно влияет на прочность соединения болтового соединения. Это особенно касается тех случаев, когда болты вставлены в отверстия без зазора. Так для оцинкованных болтов из стали 30ХГСА при перекосе под головкой болта какого-либо заметного снижения прочности не наблюдается. А при перекосе под гайкой предел прочности болтов уменьшается до 0,6σв. Это объясняется тем, что радиус закругления под головкой болта на порядок больше по сравнению с резьбой, а значит, меньше концентрация напряжений.

Исследования показали, что конструкция болта также влияет, а прочность соединения. У болтов без проточки предел длительной прочности составляет предел длительной прочности может снижаться до 0,5σв. У болтов с проточкой снижения прочности не происходит.

Наводороживание поверхности соединительных деталей в процессе нанесения покрытия приводит также к снижению предела прочности металла болтов. Так, ненаводороженные болты из 30ХГСА, 30ХГСНА, разрушаются при σв=1500…1800 Мпа. А наводороженные болты подвержены замедленному длительному разрушению уже при σв = 1100 ... 1200 МПа.

Способ нанесения резьбы также влияет на предел длительной прочности болтовых соединений:

• Накатывание резьбы снижает склонность к замедленному разрушению.
• Нарезание резьбы способствует снижению предела длительной прочности.

Повышают предел длительной прочности болтов мероприятия по устранению задиров, микротрещин и направленности рельефа:

• Пескоструйная обработка поверхности.
• Полирование.

Эти мероприятия способны в два раза увеличить предел длительной прочности болтовых соединений.

Склонность болтовых соединений к разрушению значительно возрастает при образовании на поверхности резьбы тонкого газонасыщенного слоя, толщиной несколько микрометров. Риск образования такого слоя имеется при проведении термической обработки болтов, вследствие насыщения углеродом и азотом, а также в процессе нарезания и калибрования резьбы.

При повторном нанесении покрытий на высокопрочные болты происходит необратимая потеря пластичности поверхностных слоев. Это также приводит к снижению их длительной прочности.

Как показывают исследования, возникновение подпружинивания соединяемых деталей при сборке вследствие их неплоскостности приводит к резкому увеличению податливости деталей. Это способствует преждевременному разрушению болтового соединения. Поэтому при сборке соединения с использованием высокопрочных болтов рекомендуется предварительная опрессовка соединяемых деталей.

Основные причины, вызывающие замедленное хрупкое разрушение высокопрочных болтов:

• Образование микротрещин, закатов, задиров в резьбовых впадинах.
• Неудачная конструкция болтов, малые радиусы закругления при переходе от стержня к головке и в самой резьбе.
• Снижение пластичности болтов после химического травления и нанесения покрытий.
• Некачественная сборка, перетяжка или перекос болтов, скручивание тела болта при сборке.
• Окисление поверхностного слоя болтов, обезуглероживание.
• Насыщение поверхностного слоя азотом и углеродом в процессе термообработки.
• Возникновение чрезмерных усилий в соединении в процессе эксплуатации.
• Попадание химически активных веществ на болтовое соединение в зону концентрации напряжений.