V industrijski proizvodnji in vsakodnevni uporabi opreme sorniki služijo kot pritrdilni elementi jedra, ki so odgovorni za pritrjevanje, povezovanje in prenašanje strukturnih obremenitev. Med dolgotrajno službo,vijakinanje vpliva več dejavnikov, kot so pogoji obremenitve, delovno okolje, proizvodni procesi in kakovost montaže, kar lahko zlahka privede do zloma. To lahko dodatno povzroči zaustavitev opreme, strukturno okvaro in celo resne varnostne nesreče. Ta članek sistematično predstavlja običajne oblike zloma, mehanizme nastajanja, makroskopske značilnosti zloma preobremenitvenega zloma, položaje zloma z visokim tveganjem in stanja zloma pri različnih pogojih obremenitve vijakov, zagotavlja tehnično podporo za preprečevanje odpovedi vijakov, vzdrževanje opreme in optimizacijo procesa.

I. Pogoste oblike zlomov vijakov

1. Zlom zaradi preobremenitve

Do preobremenitvenega loma pride, ko trenutna obremenitev vijaka preseže skrajno natezno trdnost materiala, kar pripada tipičnemu statičnemu duktilnemu ali krhkemu lomu. Ta vrsta zloma se zgodi nenadoma brez očitnih znakov pred odpovedjo. Pri nodularnih materialih je površina loma na splošno v obliki skodelice ali 45-stopinjskega nagnjenega odseka s hrapavimi površinami in znatno plastično deformacijo. Pri krhkih vijakih visoke trdnosti je površina loma relativno ravna z zanemarljivo plastično deformacijo.

Vzroki zlomov: Nerazumna konstrukcijska zasnova vodi do premajhne izbire vijakov in nezadostne meje obremenitve, kar ima za posledico dolgoročno preobremenitveno delovanje. Nenadne neobičajne delovne razmere, kot so udarne obremenitve in prehodne preobremenitve med delovanjem opreme, lahko povzročijo tudi trenutno prekomerno obremenitev. Na primer, povezovalni vijaki dvižnih mehanizmov žerjava se lahko zlomijo zaradi obremenitve pri dvigovanju pretežkih bremen.

2. Zlom zaradi utrujenosti

Utrujeni lom je najpogostejša oblika okvare vijakov. Pod dolgotrajnimi cikličnimi obremenitvami, kot so izmenična napetost, stiskanje, upogibanje in vibracije, se mikro razpoke zaradi utrujenosti začnejo na območjih koncentracije napetosti. Razpoke se postopoma širijo s cikli obremenitve, nenehno zmanjšujejo efektivno nosilno površino in sčasoma povzročijo nenaden zlom, tudi če delovna obremenitev ne preseže nazivne vrednosti. Zlom zaradi utrujenosti nastane brez očitne plastične deformacije. Površina preloma je na splošno gladka s tipično teksturo v obliki lupine ali letnega obroča.

Vzroki zlomov: Dolgotrajno povratno gibanje in visokofrekvenčne vibracije opreme izpostavljajo vijake periodični izmenični obremenitvi. Na primer, vijaki ojnic avtomobilskih motorjev prenašajo ciklične napetostne in kompresijske obremenitve zaradi visokofrekvenčnega izmeničnega gibanja batov in ojnic, kar povzroči akumulirano poškodbo zaradi utrujenosti in morebitni zlom zaradi utrujenosti.

3. Korozijski zlom

Ko vijaki delujejo v jedkih okoljih, pride do kemične ali elektrokemične korozije na osnovnem materialu, ki tvori površinske napake, kot sta rja in luknjičasta korozija. Te napake zmanjšajo učinkovito nosilno površino in mehansko trdnost vijakov, kar vodi do zloma pri običajnih delovnih obremenitvah. Na površinah lomljenja je mogoče opaziti produkte korozije, kot so plasti rje in korozijske jamice.

Vzroki zlomov: Vijaki, ki delujejo v vlažnih okoljih, razpršenih s soljo ali kislo-bazičnih korozivnih okoljih, so nagnjeni k odpovedi zaradi korozije, kot so konstrukcijski jekleni objekti v bližini morja in kemična industrijska oprema. Na primer, povezovalne vijake na ladijskih palubah neprestano erodirata morska voda in slana pršica, kar povzroči degradacijo materiala in zlom zaradi korozije.

4. Stresno korozijski zlom

Napetostno korozijski lom se nanaša na krhek lom, ki nastane pod kombiniranim delovanjem konstantne natezne napetosti in specifičnih korozivnih medijev. Razpoka raste počasi v zgodnji fazi brez očitnih simptomov okvare, nenaden zlom pa se pojavi, ko razpoka doseže kritično velikost. Lomna površina ima dvojne značilnosti, odpoved zaradi napetosti in poškodbe zaradi korozije.

Vzroki zlomov: Nekateri materiali za vijake lahko povzročijo in razširijo razpoke zaradi napetostne korozije pod nizko konstantno natezno obremenitvijo v posebnih korozivnih okoljih. Tipičen primer je napetostni korozijski zlom vijakov iz avstenitnega nerjavnega jekla v okoljih, bogatih s kloridi.

5. Zlom zaradi vodikove krhkosti

Med proizvodnjo ali servisiranjem atomi vodika prodrejo in se kopičijo v materialu vijaka, pri čemer tvorijo molekule vodika, ki proizvajajo ogromen notranji tlak. To povzroči pokanje mreže in širjenje mikrorazpok, ki sčasoma vodijo do krhkega loma. Vodikova krhkost je tipična krhka okvara, za katero so značilne ravne lomne površine in brez očitne plastične deformacije.

Vzroki zlomov: Vodikovi atomi prodrejo v jekleno matriko med galvaniziranjem, luženjem s kislino, fosfatiranjem in drugimi postopki površinske obdelave brez ustreznega dehidrogeniranja.Jekleni vijaki visoke trdnostiso zelo občutljivi na vodikovo krhkost. Prekomerna koncentracija vodikovih ionov v raztopini za galvanizacijo in nekvalificirani postopki dehidrogenacije so glavni vzroki za zlom vodikove krhkosti.

6. Zlom, ki ga povzročajo proizvodne napake

Notranje in površinske napake, ki nastanejo med proizvodnjo surovin in izdelavo vijakov, tvorijo vire koncentracije napetosti. Pod obremenitvijo se napetost na mestih napak močno poveča, kar povzroči nastanek in hitro širjenje razpok, kar sčasoma povzroči zlom. Na površini zloma je mogoče jasno opaziti značilnosti prvotne proizvodne napake.

Vzroki zlomov: Napake surovin, kot so vključki, poroznost, votline zaradi krčenja in segregacija; neustrezen nadzor postopkov kovanja, toplotne obdelave in struženja povzroča razpoke pri kaljenju, razpoke pri brušenju, sledi orodja in praske.

II. Tri karakteristične cone preobremenitvenega loma vijaka

1. Območje vlaken

Položaj: Nahaja se v središču lomne površine in služi kot območje začetka in začetnega širjenja razpoke.

Morfološke značilnosti: Površina je hrapava in vlaknata z vidno plastično deformacijo in agregacijo mikropraznin, kar je tipična značilnost duktilnega loma.

Mehanizem nastajanja: V začetni fazi loma je material vijaka podvržen plastični reologiji pod napetostjo. Mikropraznine ustvarjajo, rastejo, združujejo in povezujejo, da tvorijo morfologijo fibroznega zloma.

2. Območje sevanja

Položaj: Nahaja se zunaj območja vlaken, kar ustreza stopnji hitrega širjenja razpok.

Morfološke značilnosti: Površina zloma je razmeroma ravna z jasnimi radialnimi teksturami ali strukturami ribje kosti, ki segajo navzven od središča.

Mehanizem nastajanja: Ko se začetna razpoka razširi do kritične velikosti, preide v fazo hitrega širjenja. Močna koncentracija napetosti na konici razpoke povzroči hitro transgranularno ali intergranularno trganje, ki tvori radialno morfologijo zloma.

3. Območje striženih ustnic

Položaj: porazdeljen na najbolj zunanji rob površine zloma, nastal v končni fazi zloma.

Morfološke značilnosti: Površina je gladka in nagnjena s tipičnimi značilnostmi strižnega zdrsa, ki tvori obročasto strižno ustnico, ki je končna značilnost duktilnega loma.

Mehanizem nastajanja: V končni fazi zloma ostanek materiala zdrsne in se raztrga vzdolž največje strižne ravnine pod velikimi obremenitvami, kar povzroči plastično strižno deformacijo in oblikuje strukturo strižne ustnice.

777

III. Pogosti položaji zloma zaradi preobremenitve vijaka

888

1. Prvi zob navoja blizu naležne površine matice

Obremenitve vijačnih povezav se v glavnem prenašajo preko zob navojnih zaskočkov. Prvi zob navoja v bližini naležne površine matice nosi največjo obremenitev in predstavlja največjo koncentracijo napetosti. To je najbolj dovzeten položaj za zlom zaradi preobremenitve med dolgotrajno uporabo.

2. Koren navoja na prehodu med glavo in steblom vijaka

Koren navoja ima nenadne geometrijske spremembe in visok koeficient koncentracije napetosti. Pri zapletenih napetostnih stanjih postane strukturna šibka točka vijakov in je nagnjena k zlomu pod preobremenitvijo in udarnimi obremenitvami.

3. Prehodno območje med gladkim steblom in odsekom navoja

Nenadne spremembe v velikosti preseka in strukturi na stičišču gladkega stebla in odseka navoja povzročijo očitno koncentracijo napetosti in neenakomerno porazdelitev napetosti. Ta položaj zlahka povzroči nastanek razpok v pogojih preobremenitve in povzroči zlom.

IV. Zlomna stanja vijakov pri različnih oblikah obremenitve

1. Zlom pod natezno napetostjo

Opaziti je mogoče tipičen zlom skodelice in očiten splošni raztezek ter deformacijo vratu. Pri sornikih z visoko žilavostjo pod natezno preobremenitvijo končni odsek zloma tvori približno 45-stopinjski strižni kot z osjo sornika, kar pripada tipičnemu lomu zaradi duktilne preobremenitve, ki se večinoma pojavi pri šibkem položaju korena navoja.

999

2. Zlom pod udarno obremenitvijo in upogibnim momentom

Na površini preloma je mogoče opaziti radialne teksture in strižne ustnice, medtem ko so strižne ustnice nepopolne in neenakomerno razporejene brez popolne obročaste oblike. Zlom predstavlja manjšo plastično deformacijo in očitne krhke lastnosti, ki jih povzročajo predvsem trenutni udarci in upogibne obremenitve.

101010

3. Zlom pod kombinirano torzijsko in natezno obremenitvijo

Pod kombiniranimi torzijskimi in nateznimi obremenitvami kaže površina zloma očitne vrtinčaste torzijske teksture, pa tudi morfologijo v obliki polmeseca ali pahljače. Izrazito popačenje in odmik zloma nastaneta zaradi relativnega zdrsa in trganja materialov vzdolž strižne ravnine pod vplivom torzijske strižne sile.

111111