緊固件的蠕變失效，緊固件的蠕變失效現(xiàn)象是怎么回事？

　　一、 概述蠕變是金屬零件在應(yīng)力和高溫的長(zhǎng)期作用下，產(chǎn)生永久變形的失效現(xiàn)象。晶粒沿晶界滑動(dòng)產(chǎn)生形變是蠕變的主要機(jī)理。當(dāng)形變溫度升高到0.35~0.7Tm（Tm是熔點(diǎn)的絕對(duì)溫度）時(shí)，晶界附近的薄層區(qū)域內(nèi)發(fā)生恢復(fù)而軟化，形變得以進(jìn)行。變形后又產(chǎn)生畸變，于是需要再恢復(fù)和再軟化，以保持形變?cè)谶@些區(qū)域中繼續(xù)進(jìn)行，這就是所謂的晶界滑動(dòng)。由于恢復(fù)需要一定溫度和時(shí)間，因而晶界滑動(dòng)要在高于某一定溫度的條件下才能進(jìn)行。

　　金屬拉伸蠕變曲線，它分為三個(gè)階段：

　　第一階段，蠕變速率由快逐漸變緩，它與晶體缺陷的重新分布有關(guān)。

　　第二階段，表明硬化與恢復(fù)這兩種機(jī)理處于平衡狀態(tài)，蠕變速率恒定。這一階段在蠕變的全過程中占據(jù)較大的比例。

　　第三階段，表現(xiàn)為蠕變速率加快，此時(shí)金屬的形變硬化已不足以阻止金屬的變形，而且有效截面的減小，促使蠕變速率加快，最后導(dǎo)致斷裂。

　　并非任何材料的蠕變曲線均出現(xiàn)上述三個(gè)階段，因蠕變過程使預(yù)緊零件的尺寸產(chǎn)生變化而導(dǎo)致失效的現(xiàn)象稱為熱松弛。如用于緊固件壓力容器法蘭盤的螺栓，在溫度和應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，因蠕變而伸長(zhǎng)，導(dǎo)致預(yù)緊力減小，因此可能造成壓力容器的泄漏。

　　二、特征及判斷蠕變的最主要特征是永久變形的速度很緩慢?？梢愿鶕?jù)零件的具體工況來分析，是否存在產(chǎn)生蠕變的條件（溫度、應(yīng)力和時(shí)間）。沒有適當(dāng)?shù)臏囟群妥銐虻臅r(shí)間，不會(huì)發(fā)生蠕變或蠕變斷裂。在蠕變斷口的最終斷裂區(qū)上，撕裂嶺不如常溫拉伸斷口上的清晰，在掃描電鏡下觀察，蠕變斷口附近的晶粒形狀往往不出現(xiàn)拉長(zhǎng)的情況，而在高倍下，有時(shí)能見到蠕變空洞。

　　三、蠕變失效的鑒別方法熱松弛與塑性變形，從宏觀上均有殘余變形容易混淆。塑性斷裂與持久斷裂（或蠕變斷裂）容易混淆，因?yàn)閺暮暧^上看，斷裂前均有永久變形，斷口附近均有縮頸。其區(qū)別可從下列幾方面考慮。

　　1、在工況上的差別眾所周知，塑性變形和塑性斷裂是在拉應(yīng)力作用下發(fā)生的，過程進(jìn)行較快，溫度較低。熱松弛和持久斷裂是溫度和時(shí)間兩個(gè)因素起重要作用的失效過程，較高的工作溫度和較長(zhǎng)的服役時(shí)間，是這種失效模式的必要條件。對(duì)于工況的了解除了查閱文字資料外，直接查看殘骸上有無高溫的遺痕，如氧化色等。分析工況時(shí)要很慎重，例如某高溫壓力容器有很長(zhǎng)時(shí)間處于較低的壓力下工作，突然壓力升高，使連接螺栓發(fā)生斷裂，對(duì)此只有在具體地了解有關(guān)壓力、溫度及在不同工況下的服役時(shí)間，才能具體判別是否發(fā)球蠕變失效。

　　2、斷口形貌的差別塑性斷口上韌窩非常清晰，微孔聚合的部位比較尖銳，在掃描電鏡下觀察這些地方呈現(xiàn)白亮線條。蠕變斷口上，微孔聚合的地方比較鈍，在掃描電鏡下觀察，這些地方?jīng)]有明顯的白亮線。蠕變斷口上，有可能看到氧化色，有時(shí)還能見到蠕變孔洞。

　　3、斷口附近的金相組織蠕變多為沿晶斷裂，而塑性斷裂多為穿晶型斷裂。經(jīng)蠕變的樣品中，有可能看到蠕變孔洞，此外，碳鋼長(zhǎng)時(shí)間在高溫下停留，碳化物會(huì)發(fā)生一定程度的石磨化。

　　四、提高蠕變抗力的措施1．設(shè)計(jì)方面根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，正確地選擇材料和確定零件尺寸至關(guān)重要。近年來為適應(yīng)產(chǎn)品的使用溫度和負(fù)載不斷提高的要求，研制出不少新材料，但是能夠提供給設(shè)計(jì)人員使用的蠕變性能數(shù)據(jù)卻不夠充分。在這種情況下，一方面有可能出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)的應(yīng)力水平偏高而導(dǎo)致早期失效。另一方面也可能設(shè)計(jì)過于保守，而造成不必要的浪費(fèi)。例如，熱電站的設(shè)計(jì)壽命一般為10萬h。在我國(guó)有很多540度，10MPa電站高壓鍋爐的主蒸汽管道貌岸然已相繼達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，但根據(jù)最近的壽命估算指出，可以有把握將這些鍋爐的使用壽命延長(zhǎng)到20萬h。

　　一般說來，這種失效形式需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此反應(yīng)速度遲緩，有效的措施是根據(jù)材料蠕變性能的測(cè)試和積累，進(jìn)一步研究決定。

　　2．制造方面嚴(yán)格質(zhì)量管理，避免不符合技術(shù)規(guī)范的零件裝配產(chǎn)品，這對(duì)失效周期較長(zhǎng)的產(chǎn)品，尤為重要。當(dāng)然，具體的措施應(yīng)在產(chǎn)品服役中的失效分析基礎(chǔ)上形成。

　　3．使用時(shí)采用措施超負(fù)荷使用是產(chǎn)品蠕變失效的常見原因，因此在使用中嚴(yán)格控制使用條件，是提高產(chǎn)品壽命和可靠性的最為重要的措施。加強(qiáng)對(duì)正在服役的產(chǎn)品，以及關(guān)鍵零件的質(zhì)量狀況進(jìn)行監(jiān)控，是保證產(chǎn)品可靠性的有效措施。