ما ناخودآگاه فکر می کنیم که هر چه استحکام پیچ بیشتر باشد، احتمال شکستن آن کمتر است. با این حال، این مورد نیست-برعکس،پیچ و مهره های{0}}با استحکام بالابیشتر از پیچ و مهره های معمولی شکسته می شود و یک منطق اصلی پشت این پدیده وجود دارد.
ابتدا باید یک اصل کلیدی را روشن کنیم: هرچه استحکام پیچ بیشتر باشد، سختی آن بیشتر است (همبستگی مثبت دارند). در حالی که هر چه سختی بالاتر باشد، چقرمگی ضعیف تر است (همبستگی منفی دارند). این بدان معناست که پیچهای با استحکام بالا-کشش کم دارند. اگر تنش از حد مجاز فراتر رود، بهجای اینکه ابتدا مانند پیچهای معمولی قبل از شکست، تغییر شکل قابل توجهی پیدا کنند، مستقیماً دچار شکستگی شکننده میشوند. مهمتر از آن، پیچهای{4}}با استحکام بالا ذاتاً در سناریوهای بار{5} بالا استفاده میشوند و برای مطابقت با محدوده ویژگی مکانیکی آنها طراحی شدهاند. اگر تنش واقعی به دلیل عملکرد نامناسب یا شرایط کاری غیرعادی از حد مجاز بیشتر شود، احتمال شکستگی وجود دارد. برای محیطهای کمبار-میتوان از پیچهای معمولی برای کنترل هزینهها استفاده کرد، بنابراین نیازی به-پیچهای با استحکام بالا{10}} نیست که دلیل اصلی شکستن بیشتر پیچها-استحکام بالاست.
علل خاص شکستگی پیچ و مهره با قدرت{0} بالا عمدتاً شامل دستههای زیر میشود:
1. شکستگی اضافه بار مونتاژ
هسته اتصال پیچ و مهره های با استحکام بالا این است که پیچ را با سفت کردن مهره برای ایجاد پیش بار مشخص شده (نیروی قفل کردن)، به جای "چرخش و فشار دادن رزوه در انتهای دم پیچ"، کشش دهید. گشتاور سفت شدن آن دارای پارامترهای استاندارد واضحی است که معمولاً در حدود 75٪ از استحکام تسلیم مواد پیچ کنترل می شود-این گشتاور می تواند باعث شود پیچ تغییر شکل الاستیک خفیفی ایجاد کند و کشش معکوس ایجاد شده توسط تغییر شکل پیش بارگذاری است. اگر گشتاور سفت کردن از محدوده استاندارد فراتر رود، پیچ بار کششی بیش از حد را تحمل می کند و مستقیماً باعث شکستگی اضافه بار می شود.
کنترل گشتاور سفت کردن به سه شرط نیاز دارد: طراحی معقول-روند نصب در سایت، ابزار نصب دقیق (مانند آچار گشتاور، ضرب کننده گشتاور)، و اپراتورهایی که قبل از انجام وظیفه آموزش رسمی دیده اند (آنها باید بتوانند پارامترهای ابزار را به طور دقیق بخوانند و تنظیم کنند). لازم به ذکر است که آچارهای گشتاور با سطوح دقت مختلف دارای تلورانس های متفاوتی هستند، معمولاً 10% ± (نه 20%). تنها زمانی که شرایطی مانند منبع تغذیه و فشار هوا پایدار باشد و ابزار در دوره اعتبار کالیبراسیون باشد، تحمل خطر شکستگی ایجاد نمی کند. اگر تلرانس از محدوده فراتر رود، احتمالاً گشتاور نامناسبی رخ می دهد.
2. شکستگی ناشی از نوسانات ضریب اصطکاک
زمانی کهپیچ و مهرهرزوه ها درگیر می شوند، ضریب اصطکاک بر پیش بار واقعی تأثیر می گذارد-حتی اگر همان گشتاور تنظیم شود، نوسانات ضریب اصطکاک باعث پراکندگی پیش بار می شود. اگر ضریب اصطکاک به طور کامل در نظر گرفته نشود و فقط بر پارامترهای گشتاور تکیه شود، احتمال وجود دارد که پیش بار کافی یا اضافه بار رخ دهد: زمانی که ضریب اصطکاک بیش از حد بزرگ است، پیش بارگذاری تحت همان گشتاور بسیار کوچک است (که ممکن است منجر به شل شدن شود). هنگامی که ضریب اصطکاک خیلی کوچک است، پیش بارگذاری تحت همان گشتاور بسیار بزرگ است (که ممکن است باعث شکستگی شود).
در سناریوهای صنعتی، یکی از دلایل رایج کاهش ضریب اصطکاک، روانکاری غیرمجاز است: برخی از کارخانهها پودر تالک، روغن روانکننده معمولی و غیره را برای مونتاژ راحت روی رزوههای پیچ اعمال میکنند. اگرچه این امر می تواند اصطکاک را کاهش دهد و پیچ کردن را تسهیل کند، اما ضریب اصطکاک را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و در نتیجه پیش بارگذاری در همان گشتاور بسیار بیشتر از حد استاندارد است و در نهایت منجر به شکستگی می شود. روش صحیح استفاده از ترکیبات تخصصی ضد گرفتگی (که باید با مواد پیچ و مهره مطابقت داشته باشند) به جای مواد روان کننده تصادفی است.
3. شکستگی خستگی
شکستگی خستگی پنهان ترین حالت شکست پیچ و مهره های با استحکام بالا است-هیچ نشانه واضحی قبل از شکستگی وجود ندارد و ممکن است در شرایط ایستا یا کار به طور ناگهانی رخ دهد. علاوه بر این، محل شکست بیشتر در مناطق تمرکز تنش مانند فیله گذار بین سر و ساقه و ریشه نخ متمرکز است.
علت اصلی این نوع شکستگی «استفاده فراتر از حد خستگی» است: اگرچه پیچها-با استحکام بالا ارزش افزوده بالایی دارند، برخی از شرکتها برای صرفهجویی در هزینهها از آنها بهطور نامحدود استفاده میکنند. هنگامی که تعداد استفاده ها یا بار متناوب تحمل شده از حد خستگی آنها بیشتر شود، ریزترک ها به تدریج در داخل پیچ ایجاد می شوند و در نهایت منجر به شکستگی ناشی از خستگی می شوند. بنابراین، انجام بازرسیهای منظم و جامع از پیچها-با استحکام بالا (مانند بازرسی ذرات مغناطیسی، آزمایش اولتراسونیک) بسیار ضروری است، نه "به ندرت ضروری".
4. شکستگی به دلیل سفت نشدن کافی
به نظر می رسد پیچ و مهره هایی که "کاملا سفت نشده اند" استرس را تحمل نخواهند کرد، اما در واقع، شکستگی ها می تواند به دلیل خلاصی ایجاد شده در اثر شل شدن ایجاد شود. به عنوان مثال: هنگامی که دو لوله مته با پیچ و مهرههای با استحکام بالا برای حفاری به سمت پایین بر روی زمین- متصل میشوند، اگر پیچها کاملاً سفت نشده باشند، فاصله زیادی ایجاد میشود. هنگامی که گشتاور بالای حفاری از طریق لولههای مته منتقل میشود، فاصله باعث میشود پیچها نیروی برشی اضافی و نیروی ضربه متناوب را تحمل کنند-این نیروها بسیار بیشتر از محدوده یاتاقان طراحی شدهپیچ و مهره، در نهایت منجر به شکستگی می شود. در اصل، پیچ و مهره ای که به اندازه کافی سفت نشده است، از یک "عضو کششی" به "عضو برشی و ضربه ای" تغییر می کند، زیرا از نوع باربری آن بیشتر است-.
5. شکستگی ناشی از مشکلات کیفیت
مواد نامرغوب یا فرآیندهای عملیات حرارتی مشکلات کیفی اکتسابی و علل مستقیم شکستگی هستند:
مواد نامرغوب: استفاده از گریدهای فولادی که الزامات را برآورده نمی کنند (مانند جایگزینی فولاد ساختاری آلیاژی با فولاد کربن معمولی)، یا مواد دارای عیوب ذاتی مانند ناخالصی ها و ترک هستند.
فرآیندهای عملیات حرارتی نامرغوب: انحراف در پارامترهایی مانند دمای خاموش کردن و زمان تمپر منجر به خواص مکانیکی نامناسب پیچها (مانند سختی بالا اما چقرمگی بسیار ضعیف) میشود.
چنین مشکلاتی را می توان با کنترل دقیق خرید مواد (تأیید گواهینامه مواد)، فرآیندهای تولید (نظارت فرآیندهای عملیات حرارتی)، و بازرسی کارخانه (آزمایش خواص مکانیکی) به طور کامل حل کرد.
