U industrijskoj proizvodnji i svakodnevnoj primjeni opreme, vijci služe kao spojni elementi za jezgro odgovorni za fiksiranje, povezivanje i nošenje konstruktivnih opterećenja. Tokom dugogodišnjeg rada,vijcina njih utiče više faktora kao što su uslovi opterećenja, radno okruženje, proizvodni procesi i kvalitet montaže, što može lako dovesti do loma. To dalje može uzrokovati gašenje opreme, kvar konstrukcije, pa čak i ozbiljne sigurnosne nesreće. Ovaj rad sistematski uvodi uobičajene oblike loma, mehanizme formiranja, makroskopske karakteristike loma loma od preopterećenja, visokorizične pozicije loma i stanja loma pod različitim uslovima opterećenja zavrtnja, pružajući tehničku podršku za prevenciju loma vijaka, održavanje opreme i optimizaciju procesa.

I. Uobičajeni oblici loma vijaka

1. Lom preopterećenja

Lom od preopterećenja nastaje kada trenutno opterećenje primijenjeno na vijak premašuje graničnu vlačnu čvrstoću materijala, što pripada tipičnom statičkom duktilnom ili krtom lomu. Ova vrsta prijeloma se događa iznenada bez očiglednih znakova prije kvara. Za duktilne materijale, površina loma općenito ima oblik kupe ili dio pod uglom od 45 stupnjeva s grubim površinama i značajnom plastičnom deformacijom. Za lomljive vijke visoke čvrstoće, površina loma je relativno ravna sa zanemarljivom plastičnom deformacijom.

Uzroci prijeloma: Nerazuman konstrukcijski dizajn dovodi do izbora vijka prema maloj veličini i nedovoljne granice opterećenja, što rezultira dugotrajnim radom preopterećenja. Iznenadni nenormalni radni uslovi kao što su udarna opterećenja i prolazna preopterećenja tokom rada opreme takođe mogu uzrokovati trenutno prekoračenje ograničenja. Na primjer, spojni vijci mehanizama za podizanje dizalica mogu pretrpjeti lomove od preopterećenja prilikom podizanja tereta prekomjerne težine.

2. Fraktura od umora

Zamorni lom je najčešći oblik kvara vijaka. Pod dugotrajnim cikličkim opterećenjima kao što su naizmjenična napetost, kompresija, savijanje i vibracije, mikro zamorne pukotine pokreću na područjima koncentracije naprezanja. Pukotine se postepeno šire s ciklusima opterećenja, kontinuirano smanjujući efektivnu površinu ležaja i na kraju dovode do iznenadnog loma čak i ako radno opterećenje ne prelazi nominalnu vrijednost. Zamorni lom nastaje bez očigledne plastične deformacije. Površina prijeloma je općenito glatka sa tipičnim strukturama nalik na školjke ili godišnje prstenaste teksture.

Uzroci prijeloma: Dugotrajno povratno kretanje i visokofrekventne vibracije opreme izlažu vijke periodičnom naizmjeničnom naprezanju. Na primjer, vijci klipnjače automobilskih motora podnose ciklična zatezna i kompresijska opterećenja od visokofrekventnog povratnog kretanja klipova i klipnjača, što rezultira nagomilanim oštećenjem od zamora i eventualnim lomom od zamora.

3. Korozioni lom

Kada vijci rade u korozivnim sredinama, na osnovnom materijalu dolazi do hemijske ili elektrohemijske korozije, formirajući površinske defekte kao što su rđa i korozija udubljenja. Ovi nedostaci smanjuju efektivnu površinu ležaja i mehaničku čvrstoću vijaka, što dovodi do loma pod normalnim radnim opterećenjima. Na površinama loma mogu se uočiti proizvodi korozije kao što su slojevi rđe i korozijske jame.

Uzroci prijeloma: Vijci koji služe u vlažnim, slanim sprej ili kiselo-baznim korozivnim okruženjima su skloni kvaru na koroziju, kao što su konstrukcijski čelični objekti u blizini mora i hemijska industrijska oprema. Na primjer, spojni vijci na brodskim palubama kontinuirano se erodiraju morskom vodom i slanim sprejom, što rezultira degradacijom materijala i korozijskim lomljenjem.

4. Stres korozivni lom

Lom korozije pod naprezanjem odnosi se na krti lom koji nastaje pod kombinovanim djelovanjem konstantnog vlačnog naprezanja i specifičnih korozivnih medija. Pukotina raste polako u ranoj fazi bez očiglednih simptoma kvara, a iznenadni lom nastaje kada pukotina dostigne kritičnu veličinu. Površina loma predstavlja dvostruke karakteristike loma pod naponom i oštećenja od korozije.

Uzroci prijeloma: Određeni materijali vijaka mogu stvoriti i proširiti prsline od korozije pod naponom pod niskim konstantnim vlačnim naprezanjem u specifičnim korozivnim okruženjima. Tipičan slučaj je korozijski lom austenitnih vijaka od nerđajućeg čelika u okruženjima bogatim hloridima.

5. Lom krhkosti vodikom

Tokom proizvodnje ili servisiranja, atomi vodonika prodiru i akumuliraju se unutar materijala zavrtnja, formirajući molekule vodonika koji proizvode ogroman unutrašnji pritisak. To uzrokuje pucanje rešetke i širenje mikropukotina, što na kraju dovodi do krtog loma. Krtost vodikom je tipično krto oštećenje koje karakteriziraju ravne površine loma i nema očigledne plastične deformacije.

Uzroci prijeloma: Atomi vodika prodiru u čeličnu matricu tokom galvanizacije, kiselog kiseljenja, fosfatiranja i drugih procesa površinske obrade bez adekvatnog tretmana dehidrogenacijom.Čelični vijci visoke čvrstoćevrlo su osjetljivi na vodoničnu krtost. Prevelika koncentracija vodikovih jona u otopini za oblaganje i nekvalificirani procesi dehidrogenacije glavni su uzroci loma vodikovog krtljenja.

6. Fraktura uzrokovana greškama u proizvodnji

Unutarnji i površinski defekti koji nastaju tijekom proizvodnje sirovina i izrade vijaka predstavljaju izvore koncentracije naprezanja. Pod opterećenjem, naprezanje naglo raste na pozicijama defekta, izazivajući nastanak pukotine i brzo širenje, što na kraju dovodi do loma. Na površini loma mogu se jasno uočiti karakteristike originalnog fabričkog oštećenja.

Uzroci prijeloma: Defekti sirovine kao što su inkluzije, poroznost, šupljine skupljanja i segregacija; nepravilna kontrola procesa kovanja, termičke obrade i tokarenja uzrokuje napukline gašenja, pukotine od brušenja, tragove alata i ogrebotine.

II. Tri karakteristične zone loma vijka od preopterećenja

1. Zona vlakana

Pozicija: Nalazi se u centru površine loma, služi kao početak pukotine i početna zona širenja.

Morfološke karakteristike: Površina je hrapava i vlaknasta sa vidljivom plastičnom deformacijom i agregacijom mikropraznina, što je tipična karakteristika duktilnog loma.

Mehanizam formiranja: U početnoj fazi loma, materijal vijka podvrgava se plastičnoj reologiji pod zatezanjem. Mikropraznine stvaraju, rastu, agregiraju i povezuju se kako bi formirale morfologiju fibroznog prijeloma.

2. Zona zračenja

Pozicija: Nalazi se izvan zone vlakana, što odgovara fazi brzog širenja pukotina.

Morfološke karakteristike: Površina prijeloma je relativno ravna sa jasnim radijalnim ili riblja kost tekstura koja se proteže prema van od centra.

Mehanizam formiranja: Kada se početna pukotina proširi do kritične veličine, ona ulazi u fazu brzog širenja. Velika koncentracija naprezanja na vrhu pukotine uzrokuje brzo transgranularno ili intergranularno kidanje, formirajući radijalnu morfologiju prijeloma.

3. Zona smicanja usana

Pozicija: Distribuirano na krajnjoj ivici površine prijeloma, formirano u završnoj fazi prijeloma.

Morfološke karakteristike: Površina je glatka i nagnuta sa tipičnim karakteristikama posmičnog klizanja, formirajući prstenastu posmičnu usnu, što je konačna karakteristika duktilnog loma.

Mehanizam formiranja: U završnoj fazi loma, rezidualni materijal klizi i kida se duž maksimalne smične ravni pod velikim naprezanjem, stvarajući plastičnu posmičnu deformaciju i formirajući strukturu posmične usne.

777

III. Uobičajene pozicije frakture preopterećenja vijka

888

1. Prvi zub navoja blizu površine ležaja matice

Opterećenja vijčanih spojeva se uglavnom prenose kroz zupce navoja. Prvi zub navoja u blizini nosive površine matice nosi najveće opterećenje i predstavlja najveću koncentraciju naprezanja. To je najosjetljivija pozicija za lomove od preopterećenja tokom dugotrajne službe.

2. Korijen navoja na prijelazu između glave vijka i drške

Koren navoja karakteriše nagle geometrijske promene i visok koeficijent koncentracije napona. Sa složenim stanjima naprezanja, postaje slaba točka konstrukcije vijaka i sklona je lomovima pod preopterećenjem i udarnim opterećenjima.

3. Prijelazna zona između glatke drške i dijela navoja

Nagle promjene veličine i strukture poprečnog presjeka na spoju glatke drške i presjeka navoja uzrokuju očitu koncentraciju naprezanja i neravnomjernu raspodjelu naprezanja. Ova pozicija lako stvara početak pukotine u uvjetima preopterećenja i dovodi do loma.

IV. Stanja loma vijka pod različitim oblicima opterećenja

1. Lom pod vlačnim naprezanjem

Može se uočiti tipičan lom kupe i očigledna ukupna elongacija i deformacija vrata. Za vijke visoke žilavosti pod vlačnim preopterećenjem, završni dio loma formira smični ugao od približno 45 stupnjeva s osom vijka, što pripada tipičnom duktilnom lomu preopterećenja, koji se uglavnom događa na položaju korijena slabog navoja.

999

2. Lom pod udarnim naprezanjem i momentom savijanja

Na površini loma mogu se uočiti radijalne teksture i posmične usne, dok su posmične usne nekompletne i neravnomjerno raspoređene bez punog prstenastog oblika. Prijelom predstavlja manju plastičnu deformaciju i očigledne karakteristike lomljivosti, uglavnom uzrokovane trenutnim udarnim i savijanjem.

101010

3. Lom pod kombinovanim torzijskim i zateznim naprezanjem

Pod kombinovanim torzijskim i vlačnim opterećenjem, površina loma pokazuje očigledne vrtložne torzijske teksture, kao i morfologiju u obliku polumeseca ili lepeze. Izrazito izobličenje i pomak prijeloma nastaju relativnim klizanjem i kidanjem materijala duž smične ravnine pod torzijskom posmičnom silom.

111111