某型飞机综合挂架内滚轮开裂失效分析
2019-10-09
李士乐 杨宝林 张秀丽 刘振华
（石家庄海山实业发展总公司）
摘 要：位于某型飞机综合挂架内的滚轮出现开裂断裂，通过对滚轮进行宏微观观察、金相检查、硬度检测等，研究分析了滚轮开裂的原因。结果表明：滚轮的开裂失效是由于热处理工艺控制不当导致出现淬火裂纹，进而在使用过程中裂纹逐渐扩展Z终断裂。
关键词： 滚轮；淬火裂纹；不锈钢
3Cr13马氏体不锈钢因具有高强度、高硬度及良好的耐磨性能等优点，因而得到了广泛的应用。同时，由于含碳量较高，其耐蚀性相对较差，并具有一定的淬裂性。近期我厂在对某飞机进行维护性检查时，发现左侧综合挂架内的滚轮发生开裂。此滚轮材质为3Cr13，使用时间累计约1300h。对此，笔者通过对滚轮进行宏微观观察、金相检查等，研究分析了滚轮的开裂原因，并提出了改进建议。
1.试验过程
（1）外观检查
滚轮外观如图1所示。滚轮表面断口平齐，断口周围无明显的机械损伤。滚轮外表面可见两处径向裂纹（分别标记为a、b），裂纹已扩展至上端面，另外表面存在多处挤压痕迹。
（2）微观断口观察
滚轮断口的微观形貌如图2所示。断口可分为两个区域：沿晶断裂区及准解理断裂区。其中，沿晶断裂区占整个断口面积60%～70%，其余为准解理断裂区。整个断面较为平坦，无明显的源区及机械损伤痕迹，亦无腐蚀迹象。断口上可见明显的沿晶区和准解理区分界线，准解理断裂区上存在始于沿晶/准解理交界处的扩展棱线。
（3）体式及金相检查
对滚轮上端面进行抛光浸蚀后，在体式显微镜下对滚轴裂纹进行观察，见图3。滚轮端面上除已知的a、b裂纹外，还存在内部裂纹c以及已扩展至表面的较小裂纹。4条裂纹特征相似：裂纹形貌曲折，裂纹中间存在断裂的小颗粒。在200倍金相显微镜下对b裂纹放大后观察，可以发现裂纹呈锯齿状延伸，无脱碳现象，断面呈沿晶特征，见图3d；滚轮基体组织为回火马氏体。
（4）硬度检查在滚轮端面测试其洛氏硬度值为45.6HRC。按照GB/T1172—1999《黑色金属硬度及强度换算值》换算成强度值约为1440MPa；符合工艺δb=1375±100MPa的要求，但已接近上限。
2.分析与讨论
滚轮在挂架内的作用为：安装于滚轮轴上，通过自身的转动使释放摇臂与转接摇臂之间由滑动摩擦变为滚动摩擦。整体来看，滚轴只承受滚动挤压，无拉应力，亦无高温、腐蚀等环境，因此可排除应力腐蚀的可能性。释放摇臂上有一处尖角，可导致滚轮表面产生压痕；释放摇臂的转动是一个冲击性动作，因而滚轮承受的挤压应力也为冲击应力。
断口分析表明，整个断口由沿晶区及准解理区组成。准解理区内的扩展棱线发源于沿晶/准解理区的交界处，这说明沿晶区先于准解理区产生，而后沿晶裂纹尖端逐渐扩展形成准解理断口，Z终断裂。结合已经存在的多条表面及内部沿晶裂纹，可以断定沿晶裂纹应为制造过程中产生，即淬火裂纹；准解理裂纹为使用过程中裂纹继续扩展形成。3Cr13作为马氏体不锈钢，通常热处理工艺为淬火+回火；由于碳和铬含量较高，因而具有较大的淬裂性，对固溶温度、淬火液等热处理工艺具有严格要求；若生产操作控制不当，极易产生淬火裂纹。
3.结论与建议
（1）滚轮开裂是由于生产过程中产生了沿晶淬火裂纹，裂纹在使用过程中逐渐扩展形成。
（2）建议检查此滚轮的实际生产工艺，排查导致淬火裂纹的因素。
来源：《金属加工：热加工》2017年第21期
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