U industrijskoj proizvodnji i svakodnevnoj primjeni opreme, vijci služe kao spojni elementi jezgre koji su odgovorni za učvršćivanje, povezivanje i nošenje konstrukcijskih opterećenja. Tijekom dugoročne-službe,vijcina koje utječu brojni čimbenici kao što su uvjeti opterećenja, radna okolina, proizvodni procesi i kvaliteta montaže, što može lako dovesti do loma. To dodatno može uzrokovati gašenje opreme, strukturalni kvar pa čak i ozbiljne sigurnosne nesreće. Ovaj rad sustavno predstavlja uobičajene oblike loma, mehanizme formiranja, makroskopske karakteristike loma preopterećenog loma, visoko{2}}rizične položaje loma i stanja loma pod različitim uvjetima opterećenja vijaka, pružajući tehničku podršku za prevenciju kvara vijaka, održavanje opreme i optimizaciju procesa.

I. Uobičajeni oblici loma vijaka

1. Prijelom preopterećenja

Lom zbog preopterećenja nastaje kada trenutno opterećenje primijenjeno na vijak premaši krajnju vlačnu čvrstoću materijala, što pripada tipičnom statičkom duktilnom ili krtom lomu. Ova vrsta prijeloma događa se iznenada bez očitih znakova pre-loma. Za duktilne materijale, površina loma općenito ima oblik kup-stošca ili dio nagnut od 45-stupnjeva s hrapavim površinama i značajnom plastičnom deformacijom. Za krte vijke visoke čvrstoće, površina loma je relativno ravna sa zanemarivom plastičnom deformacijom.

Uzroci prijeloma: Nerazuman konstrukcijski dizajn dovodi do premalog odabira vijaka i nedovoljne granice opterećenja, što rezultira dugotrajnim -preopterećenjem. Iznenadni nenormalni radni uvjeti kao što su udarna opterećenja i prolazna preopterećenja tijekom rada opreme također mogu uzrokovati trenutno preko-granično opterećenje. Na primjer, spojni vijci mehanizama za dizanje dizalice mogu pretrpjeti lom zbog opterećenja prilikom podizanja preteških tereta.

2. Zamorni prijelom

Zamorni lom je najčešći oblik kvara vijaka. Pod dugotrajnim -cikličkim opterećenjima kao što su izmjenična napetost, kompresija, savijanje i vibracije, mikropukotine od zamora nastaju u područjima koncentracije naprezanja. Pukotine se postupno šire s ciklusima opterećenja, kontinuirano smanjujući efektivnu nosivu površinu i na kraju dovode do iznenadnog loma čak i ako radno opterećenje ne premaši nazivnu vrijednost. Zamorni lom nastaje bez očite plastične deformacije. Površina prijeloma općenito je glatka s tipičnom strukturom-nalik na školjku ili prsten-nalik godišnjem prstenu.

Uzroci prijeloma: Dugotrajno-klipno gibanje i visoko{1}}frekventne vibracije opreme izlažu vijke periodičnom izmjeničnom naprezanju. Na primjer, vijci klipnjače automobilskih motora podnose ciklička napetostna i kompresijska opterećenja uzrokovana klipnim kretanjem klipova i klipnjača visoke{3}}frekventnosti, što rezultira akumuliranim oštećenjima uslijed zamora i eventualnim lomom uslijed zamora.

3. Korozijski prijelom

Kada vijci rade u korozivnim okruženjima, na osnovnom materijalu dolazi do kemijske ili elektrokemijske korozije, stvarajući površinske nedostatke poput hrđe i rupičaste korozije. Ovi nedostaci smanjuju efektivnu površinu ležaja i mehaničku čvrstoću vijaka, što dovodi do loma pod normalnim radnim opterećenjima. Na površinama loma mogu se uočiti produkti korozije kao što su slojevi hrđe i korozijske jame.

Uzroci prijeloma: Vijci koji rade u vlažnim sredinama,-prskanim ili kiselo-bazičnim korozivnim sredinama skloni su kvaru od korozije, kao što su konstrukcijski čelični objekti u blizini mora i kemijska industrijska oprema. Na primjer, spojni vijci na brodskim palubama neprestano su erodirani morskom vodom i slanom sprejom, što dovodi do degradacije materijala i loma uslijed korozije.

4. Lom uslijed korozije naprezanja

Lom uslijed korozije na naprezanje odnosi se na krti lom koji se javlja pod kombiniranim djelovanjem konstantnog vlačnog naprezanja i specifičnog korozivnog medija. Pukotina raste sporo u ranoj fazi bez očitih simptoma kvara, a iznenadni lom nastaje kada pukotina dosegne kritičnu veličinu. Površina loma ima dvojake karakteristike sloma uslijed naprezanja i oštećenja od korozije.

Uzroci prijeloma: Određeni materijali vijaka mogu stvoriti i proširiti pukotine nastale korozijom pod niskim konstantnim vlačnim naprezanjem u određenim korozivnim okruženjima. Tipičan slučaj je korozijski lom vijaka od austenitnog nehrđajućeg čelika u sredinama bogatim-kloridima.

5. Lom vodikovom krtošću

Tijekom proizvodnje ili servisiranja, atomi vodika prodiru i nakupljaju se unutar materijala vijka, tvoreći molekule vodika koje proizvode ogroman unutarnji tlak. To uzrokuje pucanje rešetke i širenje mikropukotina, što na kraju dovodi do krhkog loma. Vodikova krtost tipično je krhko slom karakteriziran ravnom površinom loma i bez očite plastične deformacije.

Uzroci prijeloma: Atomi vodika prodiru u čeličnu matricu tijekom galvanizacije, luženja kiselinom, fosfatiranja i drugih procesa obrade površine bez odgovarajućeg tretmana dehidrogenacije.Vi-čelični vijci visoke čvrstoćevrlo su osjetljivi na vodikovu krtost. Prekomjerna koncentracija vodikovih iona u otopini za metaliziranje i nekvalificirani procesi dehidrogenacije glavni su uzroci loma zbog vodikove krtosti.

6. Lom uzrokovan greškama u proizvodnji

Unutarnji i površinski nedostaci nastali tijekom proizvodnje sirovina i proizvodnje vijaka čine izvore koncentracije naprezanja. Pod opterećenjem, naprezanje naglo raste na mjestima defekta, izazivajući početak i brzo širenje pukotine, što na kraju dovodi do loma. Na površini prijeloma mogu se jasno uočiti značajke izvorne greške u proizvodnji.

Uzroci prijeloma: Nedostaci sirovina kao što su inkluzije, poroznost, šupljine skupljanja i segregacija; nepravilna kontrola procesa kovanja, toplinske obrade i tokarenja uzrokuje pukotine od kaljenja, pukotine od brušenja, tragove alata i ogrebotine.

II. Tri karakteristične zone loma preopterećenja vijka

1. Zona vlakana

Položaj: Nalazi se u središtu površine loma, služi kao početna zona pukotine i početna zona širenja.

Morfološke karakteristike: Površina je hrapava i vlaknasta s vidljivom plastičnom deformacijom i agregacijom mikro šupljina, što je tipična značajka duktilnog loma.

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

2. Zona zračenja

Položaj: Nalazi se izvan zone vlakana, što odgovara fazi brzog širenja pukotine.

Morfološke karakteristike: Površina prijeloma je relativno ravna s jasnim radijalnim teksturama ili teksturama riblje kosti koje se šire prema van od središta.

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

3. Shear Lip Zone

Položaj: Rasprostranjen na krajnjem vanjskom rubu površine prijeloma, formiran u završnoj fazi prijeloma.

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

Mehanizam formiranja: U završnoj fazi loma, zaostali materijal klizi i kida se duž maksimalne ravnine smicanja pod velikim naprezanjem, stvarajući plastičnu deformaciju smicanja i formirajući strukturu smične usne.

III. Uobičajeni položaji loma preopterećenja vijka

1. Prvi zub navoja u blizini ležajne površine matice

Opterećenja vijčanih spojeva uglavnom se prenose preko zubaca s navojima. Prvi zub navoja u blizini površine ležaja matice nosi najveće opterećenje i predstavlja najveću koncentraciju naprezanja. To je najosjetljiviji položaj za lomove zbog preopterećenja tijekom dugotrajne-službe.

2. Korijen navoja na prijelazu između glave vijka i drške

Korijen navoja ima nagle geometrijske promjene i visok koeficijent koncentracije naprezanja. Sa složenim stanjima naprezanja, on postaje strukturna slaba točka vijaka i sklon je lomu pod preopterećenjem i udarnim opterećenjima.

3. Prijelazna zona između glatke drške i dijela navoja

Nagle promjene veličine popre-presjeka i strukture na spoju glatke drške i dijela navoja uzrokuju očitu koncentraciju naprezanja i neravnomjernu raspodjelu naprezanja. Ovaj položaj lako stvara početak pukotine u uvjetima preopterećenja i dovodi do loma.

IV. Stanja loma vijka pri različitim oblicima opterećenja

1. Lom pod vlačnim naprezanjem

Može se primijetiti tipični prijelom kupa-konusa i očito sveukupno produljenje i deformacija vrata. Za vijke visoke-žilavosti pod vlačnim preopterećenjem, konačni presjek loma čini kut smicanja od približno 45 stupnjeva s osi vijka, što pripada tipičnom lomu duktilnog preopterećenja, koji se uglavnom događa na slabom položaju korijena navoja.

2. Lom pod udarnim naprezanjem i momentom savijanja

Na površini prijeloma mogu se uočiti radijalne teksture i smične usne, dok su smične usne nepotpune i neravnomjerno raspoređene bez punog prstenastog oblika. Lom predstavlja manju plastičnu deformaciju i očite karakteristike krtosti, uglavnom uzrokovane trenutačnim udarnim i savijajućim opterećenjem.

3. Lom pod kombiniranim torzionim i vlačnim naprezanjem

Pod kombiniranim torzijskim i vlačnim opterećenjima, površina loma pokazuje očite vrtložne torzijske teksture, kao i morfologiju u obliku polumjeseca ili lepeze. Jasno iskrivljenje i pomak loma nastaju relativnim klizanjem i kidanjem materijala duž ravnine smicanja pod dejstvom torzijske sile smicanja.