飛機綜合掛架內滾輪開裂
2019-01-06 李士樂、楊寶林、張秀麗等
（石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司）
3Cr13馬氏體不銹鋼因具有高強度、高硬度及良好的耐磨性能等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。同時，由于含碳量較高，其耐蝕性相對較差，并具有一定的淬裂性。近期我廠在對某飛機進行維護性檢查時，發(fā)現(xiàn)左側綜合掛架內的滾輪發(fā)生開裂。此滾輪材質為3Cr13，使用時間累計約1300h。對此，筆者通過對滾輪進行宏微觀觀察、金相檢查等，研究分析了滾輪的開裂原因，并提出了改進建議。
1.試驗過程
?。?）外觀檢查
滾輪外觀如圖1所示。滾輪表面斷口平齊，斷口周圍無明顯的機械損傷。滾輪外表面可見兩處徑向裂紋（分別標記為a、b），裂紋已擴展至上端面，另外表面存在多處擠壓痕跡。
圖1 滾輪宏觀形貌
?。?）微觀斷口觀察
滾輪斷口的微觀形貌如圖2所示。斷口可分為兩個區(qū)域：沿晶斷裂區(qū)及準解理斷裂區(qū)。其中，沿晶斷裂區(qū)占整個斷口面積60%～70%，其余為準解理斷裂區(qū)。整個斷面較為平坦，無明顯的源區(qū)及機械損傷痕跡，亦無腐蝕跡象。斷口上可見明顯的沿晶區(qū)和準解理區(qū)分界線，準解理斷裂區(qū)上存在始于沿晶/準解理交界處的擴展棱線。
圖2 滾輪斷口微觀形貌
?。?）體式及金相檢查
對滾輪上端面進行拋光浸蝕后，在體式顯微鏡下對滾軸裂紋進行觀察，見圖3。滾輪端面上除已知的a、b裂紋外，還存在內部裂紋c以及已擴展至表面的較小裂紋。4條裂紋特征相似：裂紋形貌曲折，裂紋中間存在斷裂的小顆粒。在200倍金相顯微鏡下對b裂紋放大后觀察，可以發(fā)現(xiàn)裂紋呈鋸齒狀延伸，無脫碳現(xiàn)象，斷面呈沿晶特征，見圖3d；滾輪基體組織為回火馬氏體。
圖3 滾軸裂紋體式、金相形貌
?。?）硬度檢查在滾輪端面測試其洛氏硬度值為45.6HRC。按照GB/T1172—1999《黑色金屬硬度及強度換算值》換算成強度值約為1440MPa；符合工藝δb=1375±100MPa的要求，但已接近上限。
2.分析與討論
滾輪在掛架內的作用為：安裝于滾輪軸上，通過自身的轉動使釋放搖臂與轉接搖臂之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。整體來看，滾軸只承受滾動擠壓，無拉應力，亦無高溫、腐蝕等環(huán)境，因此可排除應力腐蝕的可能性。釋放搖臂上有一處尖角，可導致滾輪表面產(chǎn)生壓痕；釋放搖臂的轉動是一個沖擊性動作，因而滾輪承受的擠壓應力也為沖擊應力。
斷口分析表明，整個斷口由沿晶區(qū)及準解理區(qū)組成。準解理區(qū)內的擴展棱線發(fā)源于沿晶/準解理區(qū)的交界處，這說明沿晶區(qū)先于準解理區(qū)產(chǎn)生，而后沿晶裂紋逐漸擴展形成準解理斷口，最終斷裂。結合已經(jīng)存在的多條表面及內部沿晶裂紋，可以斷定沿晶裂紋應為制造過程中產(chǎn)生，即淬火裂紋；準解理裂紋為使用過程中裂紋繼續(xù)擴展形成。3Cr13作為馬氏體不銹鋼，通常熱處理工藝為淬火+回火；由于碳和鉻含量較高，因而具有較大的淬裂性，對固溶溫度、淬火液等熱處理工藝具有嚴格要求；若生產(chǎn)操作控制不當，極易產(chǎn)生淬火裂紋。
3.結論與建議
?。?）滾輪開裂是由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了沿晶淬火裂紋，裂紋在使用過程中逐漸擴展形成。
?。?）建議檢查此滾輪的實際生產(chǎn)工藝，排查導致淬火裂紋的因素。
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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