板片斷裂失效分析

吳文 王亞龍 姬存國(guó) 周露

摘 要

某型發(fā)射裝置內(nèi)部的板片組件在使用一個(gè)周期后出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)板片斷裂的因素進(jìn)行分析，并對(duì)板片進(jìn)行能譜分析、金相檢查、硬度分析以及電鏡掃描端口微觀檢查，查清板片斷裂的根源為疲勞斷裂，疲勞源位于點(diǎn)蝕坑處。

關(guān)鍵詞

板片;失效分析;疲勞斷裂、點(diǎn)蝕

中圖分類(lèi)號(hào)： TK172 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 31

Abstract

The plate assembly in a certain type of launcher broke after one period of use.By analyzing the factors of plate fracture， and conducting energy spectrum analysis， metallographic examination， hardness analysis and microscopic examination of electron microscope scanning port， it is found that the root cause of plate fracture is fatigue fracture and the fatigue source is located at the pitting pit.

Key words

Plate; Failure analysis; Fatigue fracture; Pitting

1 故障現(xiàn)象

板片位于某型導(dǎo)軌發(fā)射裝置機(jī)械鎖內(nèi)，材料為：0Cr17Ni7AL，由9個(gè)長(zhǎng)短不同的板片疊放在一起組成板片組件（如圖1），通過(guò)螺栓固定。板片組件在使用一個(gè)周期進(jìn)廠修理中發(fā)現(xiàn)最下層的板片斷裂（如圖2），檢查其它板片沒(méi)有明顯損傷，板片及其他零件表面存在明顯腐蝕現(xiàn)象。

2 故障原因分析

根據(jù)空、海軍飛機(jī)機(jī)械鎖的修理情況來(lái)看，空軍飛機(jī)的板片組件目前未發(fā)生過(guò)斷裂以及腐蝕現(xiàn)象。該斷裂的板片為海軍飛機(jī)的機(jī)械鎖，且機(jī)械鎖的其他板片以及零件均有不同程度的腐蝕。由于海軍飛機(jī)的使用環(huán)境相比較空軍飛機(jī)存在濕度大、鹽分高以及存在各種腐蝕元素等，使板片發(fā)生點(diǎn)蝕后造成的疲勞斷裂，海軍飛機(jī)的腐蝕普遍比空軍嚴(yán)重也是很好的證明。

3 失效分析

為進(jìn)一步確認(rèn)是由于點(diǎn)蝕造成的疲勞裂紋，故對(duì)板片進(jìn)行了失效分級(jí)。

3.1 微觀觀察

使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)板板片斷面1進(jìn)行觀察，如圖3所示，（a）為斷面局部形貌，源區(qū)存在大量腐蝕產(chǎn)物，疲勞起源于點(diǎn)蝕坑位置。腐蝕區(qū)面積較大，見(jiàn)圖（b）;對(duì)蝕坑形貌進(jìn)行觀察，可見(jiàn)龜裂形貌特征，見(jiàn)圖（c）;（e）為疲勞區(qū)組織形貌，呈現(xiàn)解理脆性斷裂形貌;（f）為高倍下的疲勞條帶形貌，條帶細(xì)密。整個(gè)斷面疲勞擴(kuò)展充分。

對(duì)板片斷面2進(jìn)行觀察，得出的結(jié)論與斷面1相同，即源區(qū)附近同樣存在大量銹蝕物，疲勞起源于點(diǎn)蝕坑位置。腐蝕區(qū)面積較大;對(duì)蝕坑周邊形貌進(jìn)行觀察，可見(jiàn)典型龜裂形貌;疲勞區(qū)組織形貌，呈解理脆性斷裂形貌;高倍下的疲勞條帶形貌，條帶細(xì)密。

對(duì)板片下表面進(jìn)行微觀觀察，見(jiàn)圖4所示，可見(jiàn)表面腐蝕嚴(yán)重，（b）、（c）為點(diǎn)蝕坑形貌特征。

3.2 能譜分析

對(duì)板片斷面及表面進(jìn)行能譜成分分析，結(jié)果見(jiàn)圖5所示。（a）可見(jiàn)斷面源區(qū)存在大量腐蝕性元素Cl及氧元素;（b）可見(jiàn)干凈疲勞區(qū)不存在腐蝕元素;（c）為板片下表面腐蝕區(qū)成分，可見(jiàn)存在較多S、Cl元素及氧元素。

3.3 金相檢查

將板片垂直于表面方向進(jìn)行切割制備金相試樣，腐蝕后的金相組織見(jiàn)圖6所示。組織由低碳馬氏體、氮化物及δ-鐵素體組成，無(wú)明顯冶金缺陷。

3.4 硬度分析

使用維氏硬度計(jì)對(duì)板片的金相試樣進(jìn)行硬度檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1所示。

4 分析與討論

通過(guò)對(duì)斷裂板片相關(guān)檢查，主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）宏觀方面，板片斷裂位置位于其中間區(qū)域，斷面相對(duì)平整，存在分層，斷面不同程度銹蝕，裂紋源位于點(diǎn)蝕坑處，板片下表面銹蝕嚴(yán)重，存在較多點(diǎn)蝕坑;

（2）微觀方面，裂紋起源處蝕坑較深，斷面呈現(xiàn)解理脆性斷裂特征，高倍可見(jiàn)細(xì)密疲勞條帶形貌，疲勞擴(kuò)展充分;

（3）能譜結(jié)果顯示裂紋起源的點(diǎn)蝕坑處存在大量腐蝕元素;

（4）金相結(jié)果顯示材料無(wú)明顯冶金缺陷;

（5）硬度結(jié)果顯示板片硬度為51.5HRC。

綜合分析可知，板片斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂，疲勞起源于點(diǎn)蝕坑處，對(duì)板片表面質(zhì)量檢查可發(fā)現(xiàn)，表面除腐蝕坑以外，未見(jiàn)加工缺陷;金相結(jié)果顯示材料組織無(wú)明顯冶金缺陷;材料硬度為51.5HRC，根據(jù)板片狀態(tài)及組織，推測(cè)板片的熱處理制度應(yīng)為冷軋或冷拉變形狀態(tài)后經(jīng)后續(xù)時(shí)效處理所得，根據(jù)材料手冊(cè)，可知該熱處理制度下0Cr17Ni7Al的硬度值應(yīng)在49HRC以上，硬度結(jié)果滿(mǎn)足要求。板片兩處斷裂均為疲勞斷裂，兩處裂紋源均起源于點(diǎn)蝕坑，同時(shí)在干凈疲勞斷面上未發(fā)現(xiàn)腐蝕元素，說(shuō)明板片先發(fā)生表面點(diǎn)蝕，當(dāng)點(diǎn)蝕坑達(dá)到一定深度后，疲勞裂紋開(kāi)始在此處萌生并擴(kuò)展，同時(shí)腐蝕持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)板片疲勞開(kāi)裂后，形成了本文中所示的疲勞斷面。

5 結(jié)論

（1）板片斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂，疲勞源位于點(diǎn)蝕坑處。

（2）考慮到目前該板片只在海軍飛機(jī)出現(xiàn)斷裂，建議對(duì)海軍飛機(jī)的該位置板片進(jìn)行定期檢查，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的板片進(jìn)行更換。

參考文獻(xiàn)

[1]某型發(fā)射裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū).