Warum brechen hoch-starke Schrauben?

Wir gehen unbewusst davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit, dass eine Schraube bricht, umso geringer ist, je höher die Festigkeit ist. Dies ist jedoch nicht der Fall-im Gegenteil,hoch-feste SchraubenSie brechen häufiger als gewöhnliche Schrauben, und hinter diesem Phänomen steckt eine grundlegende Logik.

Zunächst müssen wir ein Schlüsselprinzip klären: Je höher die Festigkeit einer Schraube, desto höher ihre Härte (sie korrelieren positiv); Je höher die Härte, desto geringer die Zähigkeit (sie korrelieren negativ). Dies bedeutet, dass hochfeste Schrauben eine geringe Dehnung aufweisen. Wenn die Spannung den Grenzwert überschreitet, kommt es direkt zum Sprödbruch, anstatt sich wie gewöhnliche Schrauben zunächst erheblich zu verformen, bevor sie versagen. Noch wichtiger ist, dass hoch{4}}feste Schrauben von Natur aus in Hoch-Lastszenarien eingesetzt werden und auf ihren mechanischen Eigenschaftsbereich abgestimmt sind. Wenn die tatsächliche Belastung aufgrund unsachgemäßer Bedienung oder anormaler Arbeitsbedingungen den Grenzwert überschreitet, ist ein Bruch wahrscheinlich. In Umgebungen mit geringer -Last können zur Kostenkontrolle gewöhnliche Schrauben verwendet werden, sodass keine Notwendigkeit für hoch{9}feste Schrauben besteht-was der Hauptgrund dafür ist, dass hoch-Schrauben häufiger brechen.

Zu den spezifischen Ursachen für den Bruch hochfester Schrauben gehören hauptsächlich die folgenden Kategorien:

1. Bruch durch Überlastung der Baugruppe

Der Kern der Befestigung hochfester Schrauben besteht darin, die Schraube durch Anziehen der Mutter auf Zugfestigkeit zu bringen, um die angegebene Vorspannung (Feststellkraft) zu erzeugen, anstatt „das Gewinde am hinteren Ende der Schraube zu drehen und zu drücken“. Sein Anzugsdrehmoment hat eindeutige Standardparameter, die normalerweise auf etwa 75 % der Streckgrenze des Schraubenmaterials eingestellt werden. -Dieses Drehmoment kann dazu führen, dass die Schraube eine leichte elastische Verformung hervorruft, und die durch die Verformung erzeugte Gegenspannung ist die Vorspannung. Wenn das Anzugsdrehmoment den Standardbereich überschreitet, wird die Schraube einer übermäßigen Zugbelastung ausgesetzt, was direkt zu einem Bruch durch Überlastung führt.

Für die Kontrolle des Anzugsdrehmoments sind drei Bedingungen erforderlich: eine vernünftige Gestaltung des Installationsprozesses vor Ort, präzise Installationswerkzeuge (z. B. Drehmomentschlüssel, Drehmomentvervielfacher) und Bediener, die vor Arbeitsbeginn eine formelle Schulung erhalten haben (sie müssen in der Lage sein, Werkzeugparameter genau zu lesen und einzustellen). Es ist zu beachten, dass Drehmomentschlüssel unterschiedlicher Genauigkeitsstufen unterschiedliche Toleranzen haben, normalerweise ±4 %–10 % (nicht 20 %). Nur wenn Bedingungen wie Stromversorgung und Luftdruck stabil sind und sich das Werkzeug innerhalb der Gültigkeitsdauer der Kalibrierung befindet, verursacht die Toleranz kein Bruchrisiko; Wenn die Toleranz den Bereich überschreitet, ist es wahrscheinlich, dass ein falsches Drehmoment auftritt.

2. Bruch durch Schwankungen des Reibungskoeffizienten

Wenn dieSchraube und MutterGewinde ineinandergreifen, wirkt sich der Reibungskoeffizient auf die tatsächliche Vorspannung aus.-Selbst wenn das gleiche Drehmoment eingestellt ist, führen Schwankungen im Reibungskoeffizienten zu Streuungen der Vorspannung. Wenn der Reibungskoeffizient nicht vollständig berücksichtigt wird und nur auf Drehmomentparameter zurückgegriffen wird, ist es wahrscheinlich, dass eine unzureichende Vorspannung oder Überlastung auftritt: Wenn der Reibungskoeffizient zu groß ist, ist die Vorspannung bei gleichem Drehmoment zu klein (was zu einer Lockerung führen kann); Wenn der Reibungskoeffizient zu klein ist, ist die Vorspannung bei gleichem Drehmoment zu groß (was zum Bruch führen kann).

In Industrieumgebungen ist eine häufige Ursache für einen verringerten Reibungskoeffizienten eine unbefugte Schmierung: Einige Fabriken tragen zur bequemen Montage Talkumpuder, gewöhnliches Schmieröl usw. auf die Schraubengewinde auf. Dadurch kann zwar die Reibung verringert und das Einschrauben erleichtert werden, der Reibungskoeffizient wird jedoch deutlich verringert, was bei gleichem Drehmoment zu einer weit über der Norm liegenden Vorspannung und letztendlich zum Bruch führt. Der richtige Ansatz ist die Verwendung spezieller Anti-Seize-Verbindungen (die zum Schraubenmaterial passen müssen) anstelle beliebiger Schmiermedien.

3. Ermüdungsbruch

Ermüdungsbruch ist die verborgenste Fehlerart von hochfesten Schrauben-. Es gibt keine offensichtlichen Anzeichen vor einem Bruch und er kann unter statischen Bedingungen oder unter Arbeitsbedingungen plötzlich auftreten. Darüber hinaus konzentriert sich die Bruchstelle hauptsächlich auf Spannungskonzentrationsbereiche wie die Übergangskehle zwischen Kopf und Schaft sowie den Gewindegrund.

Die Hauptursache für diese Art von Brüchen ist die „Nutzung über die Ermüdungsgrenze hinaus“: Obwohl hochfeste Schrauben einen hohen Mehrwert bieten, werden sie von einigen Unternehmen aus Kostengründen auf unbestimmte Zeit wiederverwendet. Wenn die Anzahl der Einsätze oder die wechselnde Belastung ihre Ermüdungsgrenze überschreitet, bilden sich nach und nach Mikrorisse im Inneren der Schraube, die schließlich zu einem Ermüdungsbruch führen. Daher ist die Durchführung umfassender regelmäßiger Inspektionen hochfester Schrauben (z. B. Magnetpulverprüfung, Ultraschallprüfung) unbedingt erforderlich und nicht „selten notwendig“.

4. Bruch aufgrund unzureichender Spannung

Es scheint, dass Schrauben, die „nicht vollständig angezogen“ sind, keiner Belastung standhalten, aber tatsächlich können Brüche durch das durch das Lösen entstehende Spiel verursacht werden. Beispiel: Wenn zwei Bohrgestänge mit hochfesten Bolzen verbunden sind, um auf dem Boden nach unten zu bohren, entsteht ein großer Abstand, wenn die Bolzen nicht vollständig festgezogen sind. Wenn das hohe Bohrdrehmoment durch die Bohrgestänge übertragen wird, führt das Spiel dazu, dass die Bolzen zusätzliche Scherkräfte und wechselnde Stoßkräfte aushalten.-Diese Kräfte überschreiten den vorgesehenen Tragbereich der Bohrstangen bei weitem Schrauben, was schließlich zum Bruch führt. Im Wesentlichen wird eine nicht ausreichend angezogene Schraube von einem „Zugelement“ zu einem „Scher- und Schlagelement“ und versagt, weil sie ihre Tragfähigkeit überschreitet.

5. Durch Qualitätsprobleme verursachter Bruch

Minderwertige Materialien oder Wärmebehandlungsverfahren sind erworbene Qualitätsprobleme und direkte Bruchursachen:

Minderwertige Materialien: Verwendung von Stahlsorten, die nicht den Anforderungen entsprechen (z. B. Ersetzen von legiertem Baustahl durch gewöhnlichen Kohlenstoffstahl) oder die Materialien weisen inhärente Mängel wie Verunreinigungen und Risse auf;

Minderwertige Wärmebehandlungsprozesse: Abweichungen bei Parametern wie Abschrecktemperatur und Anlasszeit führen zu ungeeigneten mechanischen Eigenschaften der Schrauben (z. B. hohe Härte, aber extrem schlechte Zähigkeit).

Solche Probleme können durch eine strenge Kontrolle der Materialbeschaffung (Überprüfung von Materialzertifikaten), der Produktionsprozesse (Überwachung von Wärmebehandlungsprozessen) und der Fabrikinspektionen (Prüfung der mechanischen Eigenschaften) vollständig gelöst werden.