防止钢材脆性破坏的几种方法

钢材破坏性质按照断裂前塑性变形的大小，分为塑性破坏和脆性破坏两种。产生了很大塑性变形后材料才出现断裂称为塑性破坏；当材料几乎不出现显著的变形情况下就突然断裂称为脆性破坏。前者由于变形大、有预兆易被人们发现，可采取修复措施；后者断裂前不发生塑性变形、没有预兆，是突然性发生的不易事先发觉，故脆性破坏极易造成事故，危害很大，必须尽量避免发生。

起重机械钢结构发生脆性破坏往往是多种因素造成的结果，主要因素有某些有害的化学成分、应力集中和低温等。预防钢材发生脆性破坏的方法有以下几种。

1.控制有害化学成分

钢的基本元素是铁（Fe），在普通碳素结构钢中纯铁的含量约占99％，另外含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）、硫（S）、磷（P）等元素和氧（O）、氮（N）等有害气体，仅占1％左右。钢的化学成分对材料力学性能和可焊性影响很大，选用钢材时要特别注意。

碳是决定钢材性能的最主要元素。如果含碳量增加，则钢材的屈服点和抗拉强度都会提高，硬度也上升，但伸长率、冲击韧性会降低，同时，钢材的疲劳强度、冷弯性能和耐腐蚀性能也将明显降低。各类钢材的含碳量是有规定的，一般不超过0.22％。锰是有益元素，能显著地提高钢材强度，并保持一定的塑性和冲击韧性，但含量过多也会降低钢的可焊性。一般在普通碳素钢中，锰含量为0.25％～0.65％。硅能提高钢的强度和硬度，但含硅量过多会降低钢材的塑性和冲击韧性以及可焊性。钢材中含硅量控制在0.1％～0.3％。硫是钢材中的有害元素。含硫量增大会降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和耐腐蚀性。由于硫化物在高温时很脆，使钢材在热加工时易发生脆断（热脆），焊接时易开裂，因此硫含量必须严格控制，一般不超过0.055％。磷和硫一样，也是有害元素。随着含磷量的增加，钢材的塑性和冲击韧性会降低，低温时尤为明显，可使钢材发生脆断（冷脆）。磷的含量也应严格限制，一般不超过0.045％。氧和氮是钢中的有害气体。在金属熔化状态下从空气中进入，使钢变脆，造成材质不匀。在冶炼和焊接时应避免钢材受大气作用，使氧和氮的含量尽量减少。

为了改善钢的力学性能，可增加锰和硅的含量，也可掺入一定数量的钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）等合金元素，形成合金钢。如汽车吊的起重臂常用16MnTi低合金钢。

2.减少应力集中

减少应力集中可以从以下几方面着手。(www.xing528.com)

1）设计。尽量减少应力集中，如尽量做到截面形状及尺寸变化平缓措施，减少应力集中现象。齿轮、带轮、车轮等，常采用压配合或热压配合方法装配在轴上。当轴受弯曲时，在这些机件的边缘处会产生严重的应力集中。为缓和这种现象，可将轴的配合部分适当加粗，并使加粗部分与其他部分有一个大圆角过渡。

2）工艺。表面热处理强化，包括表面感应加热淬火、渗碳、渗氮和复合处理等，可得到软的芯部，硬的表层，在表层还存在残余压应力，由此降低应力集中的影响。也可采用喷丸强化工艺，使金属表层强化且产生大的残余压应力，从而降低应力集中的危害。另外还有滚压强化处理工艺，其效果也是降低应力集中的有害作用。

3）使用。定期进行无损检测是发现裂纹的有效方法。用于高温环境的起重机，主梁上下翼缘板温差较大，由热应力引起的应力集中能加速疲劳损坏，使用中应采取下翼板下面加隔板隔温措施，同时要严格避免起重机超载运行和减少冲击。对在腐蚀条件工作的起重机应尽量减轻零件的腐蚀操作。

4）修理。注意断裂件的断口保护，对照有关资料，以区别零件断裂的形式、原因、起源等。无论采用何种方法修理，都要注意人身安全，并要保质、保量地完成任务。在修理时拆卸和装配中避免零件表面的损伤，不磕不碰，采取措施减少零件的变形和应力集中。

3.避免或减少低温下作业

温度变化直接影响钢材的力学性能。当钢材处在温度200℃之内时，强度、塑性、韧性变化很小；当温度在200～300℃时，强度和硬度提高，伸长率下降，钢材变脆，这种现象称为蓝脆现象；当温度超过300℃时，强度明显下降；当温度超过600℃时，强度几乎等于零。

温度下降时，钢材的强度显著提高，塑性、韧性下降，在一定的负温度下，钢材完全处于脆性状态，此时，如果存在应力集中，将加速脆性发展，导致钢材脆断。起重机械在野外作业时，应特别注意低温脆断问题，严禁在寒冷的早晨或－20℃以下的温度中作业。如果工程需要，则只能在中午短期作业和吊75％的载荷。