Trong tiềm thức, chúng ta nghĩ rằng độ bền của bu lông càng cao thì khả năng gãy của nó càng ít. Tuy nhiên, trường hợp này không phải vậy-ngược lại,bu lông có độ bền-caothường xuyên bị gãy hơn bu lông thông thường và có một logic cốt lõi đằng sau hiện tượng này.
Đầu tiên, chúng ta cần làm rõ một nguyên tắc chính: độ bền của bu lông càng cao thì độ cứng của nó càng cao (chúng có mối tương quan thuận chiều); trong khi độ cứng càng cao thì độ dẻo dai càng kém (chúng có mối tương quan nghịch). Điều này có nghĩa là bu lông có độ bền-cao có độ giãn dài thấp. Nếu ứng suất vượt quá giới hạn, chúng sẽ trực tiếp bị gãy giòn, thay vì biến dạng đáng kể như bu lông thông thường trước khi hỏng. Quan trọng hơn, bu lông có độ bền-cao vốn được sử dụng trong các trường hợp-tải trọng cao và được thiết kế để phù hợp với phạm vi đặc tính cơ học của chúng. Nếu ứng suất thực tế vượt quá giới hạn do vận hành không đúng hoặc điều kiện làm việc bất thường thì có khả năng xảy ra hiện tượng gãy xương. Đối với môi trường-tải thấp, bu lông thông thường có thể được sử dụng để kiểm soát chi phí, do đó không cần phải có-bu lông có độ bền cao-đó là lý do cốt lõi khiến các bu lông có độ bền-cao thường bị gãy hơn.
Các nguyên nhân cụ thể gây ra hiện tượng gãy bu lông có độ bền- cao chủ yếu bao gồm các loại sau:
1. Gãy quá tải lắp ráp
Cốt lõi của việc siết chặt các bu lông có độ bền-cao là làm cho bu lông có độ bền bằng cách siết chặt đai ốc để tạo ra tải trước (lực khóa) được chỉ định, thay vì "xoay và ấn ren ở đầu đuôi của bu lông". Mô-men xoắn siết chặt của nó có các thông số tiêu chuẩn rõ ràng, thường được kiểm soát ở khoảng 75% cường độ chảy của vật liệu bu lông-mô-men xoắn này có thể làm cho bu lông tạo ra biến dạng đàn hồi nhẹ và lực căng ngược do biến dạng tạo ra chính là tải trước. Nếu mômen siết vượt quá phạm vi tiêu chuẩn, bu lông sẽ chịu tải kéo quá mức, trực tiếp gây ra hiện tượng gãy do quá tải.
Việc kiểm soát mô-men xoắn siết chặt yêu cầu ba điều kiện: thiết kế quy trình lắp đặt tại chỗ-hợp lý, các công cụ lắp đặt chính xác (chẳng hạn như cờ lê mô-men xoắn, bộ nhân mô-men xoắn) và những người vận hành đã được đào tạo chính thức trước khi làm nhiệm vụ (họ phải có khả năng đọc và đặt chính xác các thông số của công cụ). Cần lưu ý rằng cờ lê lực có mức độ chính xác khác nhau có dung sai khác nhau, thường là ±4%10% (không phải 20%). Chỉ khi các điều kiện như nguồn điện và áp suất không khí ổn định và dụng cụ vẫn còn trong thời hạn hiệu lực hiệu chuẩn thì dung sai mới không gây ra rủi ro gãy xương; nếu dung sai vượt quá phạm vi, mô-men xoắn không đúng có thể xảy ra.
2. Gãy xương do biến động hệ số ma sát
Khibu lông và đai ốcren ăn khớp, hệ số ma sát sẽ ảnh hưởng đến tải trước thực tế-ngay cả khi đặt cùng một mô-men xoắn, sự dao động trong hệ số ma sát sẽ gây ra sự phân tán tải trước. Nếu hệ số ma sát không được xem xét đầy đủ và chỉ dựa vào các thông số mô-men xoắn thì có thể xảy ra hiện tượng tải trước không đủ hoặc quá tải: khi hệ số ma sát quá lớn thì tải trước lại quá nhỏ trong cùng một mô-men xoắn (có thể dẫn đến lỏng lẻo); khi hệ số ma sát quá nhỏ, tải trước quá lớn dưới cùng một mômen xoắn (có thể gây gãy).
Trong các tình huống công nghiệp, nguyên nhân phổ biến khiến hệ số ma sát giảm là do bôi trơn trái phép: một số nhà máy bôi bột talc, dầu bôi trơn thông thường, v.v. vào ren bu lông để lắp ráp thuận tiện. Mặc dù điều này có thể làm giảm ma sát và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vặn vít, nhưng nó sẽ làm giảm đáng kể hệ số ma sát, dẫn đến tải trước vượt xa tiêu chuẩn trong cùng một mô-men xoắn và cuối cùng dẫn đến gãy xương. Cách tiếp cận đúng là sử dụng hợp chất chống{3}}kẹp chuyên dụng (cần phù hợp với vật liệu bu lông) thay vì phương tiện bôi trơn ngẫu nhiên.
3. Gãy xương do mỏi
Gãy do mỏi là dạng hư hỏng tiềm ẩn nhất của bu lông có độ bền-cao-không có dấu hiệu rõ ràng nào trước khi gãy và có thể xảy ra đột ngột trong điều kiện tĩnh hoặc khi làm việc. Hơn nữa, vị trí đứt gãy chủ yếu tập trung ở các vùng tập trung ứng suất như phần phi lê chuyển tiếp giữa đầu và cán và chân ren.
Nguyên nhân cốt lõi của kiểu gãy này là do "sử dụng vượt quá giới hạn mỏi": mặc dù bu lông có độ bền-có giá trị gia tăng cao nhưng một số doanh nghiệp sẽ tái sử dụng chúng vô thời hạn để tiết kiệm chi phí. Khi số lần sử dụng hoặc tải trọng xen kẽ vượt quá giới hạn mỏi, các vết nứt nhỏ sẽ dần hình thành bên trong bu lông, cuối cùng dẫn đến gãy mỏi. Vì vậy, việc tiến hành kiểm tra thường xuyên toàn diện các bu lông có độ bền -cao (chẳng hạn như kiểm tra hạt từ tính, kiểm tra siêu âm) là rất cần thiết chứ không phải "hiếm khi cần thiết".
4. Gãy xương do siết chặt không đủ
Có vẻ như những bu lông "không được siết chặt hoàn toàn" sẽ không chịu được ứng suất, nhưng trên thực tế, các vết nứt có thể do khe hở tạo ra do nới lỏng. Ví dụ: khi hai ống khoan được kết nối bằng bu lông có độ bền-cao để khoan xuống đất, nếu các bu lông không được siết chặt hoàn toàn thì sẽ có khe hở lớn. Khi mô-men xoắn cao của quá trình khoan được truyền qua các ống khoan, khe hở sẽ khiến các bu lông chịu thêm lực cắt và lực tác động xen kẽ-các lực này vượt xa phạm vi chịu lực thiết kế củabu lông, cuối cùng dẫn đến gãy xương. Về bản chất, một bu-lông được siết không đủ sẽ chuyển từ "bộ phận căng" thành "bộ phận chịu lực cắt và tác động", không thành công vì nó vượt quá loại khả năng chịu tải của nó.
5. Gãy xương do vấn đề chất lượng
Vật liệu không đạt tiêu chuẩn hoặc quy trình xử lý nhiệt là những vấn đề về chất lượng mắc phải và là nguyên nhân trực tiếp gây ra đứt gãy:
Vật liệu không đạt tiêu chuẩn: Sử dụng các loại thép không đạt yêu cầu (chẳng hạn như thay thế thép kết cấu hợp kim bằng thép cacbon thông thường) hoặc vật liệu có các khuyết tật cố hữu như tạp chất, vết nứt;
Quy trình xử lý nhiệt không đạt tiêu chuẩn: Sự sai lệch về các thông số như nhiệt độ tôi và thời gian ủ sẽ dẫn đến tính chất cơ học của bu lông không đạt tiêu chuẩn (chẳng hạn như độ cứng cao nhưng độ bền cực kỳ kém).
Những vấn đề như vậy có thể được giải quyết triệt để bằng cách kiểm soát chặt chẽ việc thu mua nguyên liệu (xác minh chứng chỉ nguyên liệu), quy trình sản xuất (giám sát quy trình xử lý nhiệt) và kiểm tra nhà máy (kiểm tra tính chất cơ học).
