在工程实践中，人们常误以为 “螺栓强度越高越不易断裂”，但事实上高强度螺栓的断裂案例反而更为普遍。这种现象源于材料特性、安装工艺、使用环境及质量管控等多维度的综合作用，以下从技术角度展开系统分析。

一、材料特性：高强度与低韧性的矛盾

高强度螺栓（如 8.8 级、10.9 级）通过提高材料强度满足高载荷工况需求，但其力学性能遵循 “强度 - 韧性负相关” 规律：

• 强度越高，硬度越高

  （如 10.9 级螺栓硬度可达 HRC32-39），但延伸率显著降低（通常≤12%，普通螺栓≥20%），导致材料韧性下降；
• 当载荷超过设计极限时，高强度螺栓因缺乏塑性变形缓冲过程，会直接发生脆性断裂，而普通螺栓可通过明显变形预警失效。核心逻辑：高强度螺栓多用于高应力场景（如桥梁、风电设备），其工作载荷常接近材料屈服强度（约为抗拉强度的 80%），微小过载即可触发断裂，而普通螺栓多用于低应力环境，实际载荷远低于极限值。

二、安装工艺：扭矩控制与摩擦系数的影响

1. 扭矩过载导致断裂

高强度螺栓通过扭矩预紧实现连接紧固，标准预紧力通常设定为材料屈服强度的70%-75%。当施加扭矩超过该阈值时，螺栓杆部应力集中区域（如螺纹根部）易因过载产生裂纹，*终导致断裂。关键影响因素：

• 工具精度

  ：扭矩扳手的精度误差（国标要求 ±5%~±15%）若未校准，可能导致实际扭矩远超设计值；

• 操作人员资质

  ：未经专业培训的人员可能误读扭矩参数，或使用错误的拧紧方法（如未分阶段拧紧）。

2. 摩擦系数波动引发的失效

螺栓连接中的实际预紧力与螺母 - 被连接件之间的摩擦系数密切相关。当摩擦系数因润滑过度（如涂抹过量滑石粉）或表面污染（油污、锈迹）降低时，相同扭矩下产生的预紧力减小，导致螺栓承受额外剪切或拉伸载荷。反之，摩擦系数过高会使扭矩转化效率降低，造成预紧力不足或过载断裂。

三、使用环境：疲劳损伤与异常工况

1. 疲劳断裂的累积效应

高强度螺栓在交变载荷作用下（如振动、冲击），其头部与螺杆过渡圆角处易产生疲劳裂纹。这类裂纹初期肉眼难以察觉，随着循环次数增加逐渐扩展，*终导致突发性断裂。风险因素：

• 超期服役

  ：部分企业为降低成本重复使用螺栓，超出其疲劳寿命（通常设计循环次数≤10⁶次）；

• 设计缺陷

  ：未充分考虑实际工况中的动态载荷，导致螺栓长期处于高应力状态。

2. 未拧紧引发的次生断裂

当高强度螺栓未达到规定预紧力时，连接副存在较大间隙，在动态载荷下会产生滑移 - 冲击效应。例如，钻孔设备中未拧紧的螺栓会因扭矩传递不均，承受额外剪切力，瞬间过载导致断裂。研究表明，预紧力不足工况下，螺栓承受的剪切应力可激增 3-5 倍。

四、质量缺陷：材料与工艺隐患

1. 材料性能不达标

• 化学成分偏差

  ：钢材中碳、锰、硫等元素含量未达标准（如碳含量过高导致脆性增加）；

• 夹杂物超标

  ：原材料中的非金属夹杂物（如氧化铝、硫化物）成为裂纹源。

2. 热处理工艺缺陷

• 淬火温度不当

  ：过高温度导致晶粒粗大，降低韧性；过低温度则硬度不足；

• 回火不充分

  ：残余应力未消除，螺栓内部存在微观裂纹隐患。

五、系统性预防措施

1. 安装环节

   ：使用高精度扭矩扳手（定期校准），执行 “初拧 - 终拧” 分步操作，操作人员需持证上岗；

2. 摩擦系数管理

   ：控制表面处理工艺（如达克罗涂层），禁止使用影响摩擦性能的润滑剂；

3. 寿命管控

   ：建立螺栓更换周期制度，对高应力部位实施定期超声探伤检测；

4. 质量溯源

   ：严格把控原材料采购（要求提供第三方检测报告），热处理工序增加金相分析环节。

结语

高强度螺栓的可靠性是多因素耦合的结果，需从材料、工艺、使用全流程实施精细化管理。通过科学设计、规范操作与持续监测，可显著降低断裂风险，保障工程结构安全。