小議航空工業(yè)醫(yī)院的發(fā)展對(duì)策

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1、小議航空工業(yè)醫(yī)院的發(fā)展對(duì)策 小議航空工業(yè)醫(yī)院的發(fā)展對(duì)策 2013/10/30 １氫含量的影響 氫致延遲斷裂多發(fā)生在高強(qiáng)度鋼和α＋β鈦合金中，當(dāng)其中含有適量的固溶狀態(tài)的氫時(shí)，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力作用下經(jīng)過一定時(shí)間后會(huì)突然脆斷。斷裂壽命與所加應(yīng)力水平有關(guān)，應(yīng)力越低斷裂壽命越長(zhǎng)，當(dāng)應(yīng)力低于某一數(shù)值時(shí)，試樣則不斷裂。試樣不斷裂的最大應(yīng)力或應(yīng)力因子稱為氫脆門檻值。試樣的含氫量不同、缺口形狀不同乃至試樣的組織不同均會(huì)影響曲線的形狀，試樣的含氫量越低，其氫脆門檻值就越高。應(yīng)力誘發(fā)氫致

2、延遲斷裂屬于低應(yīng)力脆斷，由于與氫的擴(kuò)散和聚集有關(guān)，它無征兆且具有突發(fā)性。朱銘德等［１０］在高強(qiáng)度鈦合金螺栓斷裂失效分析中認(rèn)為鈦合金在冶煉完成后氫含量應(yīng)該是較低的，但經(jīng)了解鋼廠在此批鈦棒材料校直退火時(shí)，所用熱處理加熱爐中存在還原性氣氛而使鈦棒滲氫，入廠檢驗(yàn)時(shí)氫含量超標(biāo)達(dá)０．０１９％，后來雖經(jīng)真空退火除氫，但由于棒材的表面情況和在爐中堆放的位置，除氫處理后在此批棒材中還可能存在除氫結(jié)果的不均勻。此鈦合金基本組成相是α＋β又屬高強(qiáng)度的鈦合金，氫在β相中的溶解度比在α相中的溶解度大，隨著時(shí)間的推移，氫向該螺紋應(yīng)力集中處擴(kuò)散并聚集，在低于屈服強(qiáng)度的低應(yīng)力作用下往往會(huì)在螺栓應(yīng)力集中處產(chǎn)生氫脆裂紋，并不斷地

3、擴(kuò)展，最終發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂，因此原始棒料氫含量過高是螺栓發(fā)生斷裂的原因，在棒材進(jìn)入制造工序之前應(yīng)注重氫含量的檢測(cè)。 ２加工過程的影響 鈦合金高鎖螺栓主要制造工藝路線為：頭部鐓鍛—固溶時(shí)效處理—螺紋滾壓—機(jī)械加工—表面涂覆—性能試驗(yàn)。制造工藝過程十分復(fù)雜，過程中影響螺栓使用性能的因素較多。航空航天工業(yè)中使用的鈦合金緊固件，一般采用ＴＣ４、ＴＣ１６等鈦合金線材，由于該鈦合金冷成性能差，不能進(jìn)行常溫鐓鍛成型頭部，鐓鍛采用熱鐓成型，熱鐓溫度的選擇與鐓鍛過程的變形對(duì)鈦合金內(nèi)部組織的變化有著重要影響［１１］。研究表明［７］采用局部加熱鐓鍛成型頭部，當(dāng)加熱溫度過高時(shí)，在螺栓縱截面內(nèi)引起金相組織變化，如

4、圖３所示，在局部加熱鐓鍛成型頭部的過程中，螺栓縱截面上的３個(gè)位置相比，位置１加熱溫度最高，組織內(nèi)部α相呈粗大棒狀形態(tài)，位置２加熱溫度次之，內(nèi)部α相呈現(xiàn)針狀，位置３由于遠(yuǎn)離局部加熱區(qū)域，加熱溫度最低，內(nèi)部組織沒有發(fā)生改變，α相仍然保持為等軸狀，正是由于不恰當(dāng)?shù)木植考訜釡囟龋瑢?dǎo)致在螺栓桿部產(chǎn)生組織的改變，當(dāng)螺栓承受載荷時(shí)，容易發(fā)生斷裂，并且斷裂位置位于頭部與桿部交接位置。北京航空材料研究院吳崇周［１３］在熱鐓對(duì)ＴＣ１６鈦合金組織和性能的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，在熱鐓頭產(chǎn)生劇烈變形的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生變形熱，變形熱會(huì)使鈦合金螺栓局部溫度有一定程度的升高。ＴＣ１６合金的相變點(diǎn)為８６０℃，在６５０℃、７００℃、７

5、５０℃熱鐓時(shí)，由于熱鐓溫度低于相變點(diǎn)較多，熱鐓時(shí)的局部溫升不能使合金溫度超過相變點(diǎn)，組織中沒有出現(xiàn)超過相變點(diǎn)的β晶粒和晶界α；但在８００℃、８５０℃熱鐓時(shí)，由于熱鐓溫度接近于相變點(diǎn)，熱鐓時(shí)的局部溫升就可以使合金溫度超過相變，發(fā)生了β轉(zhuǎn)變［１４］，以此估計(jì)變形熱使螺栓頭部的溫度升高約６０℃。當(dāng)鐓制溫度比較高時(shí)，熱鐓時(shí)的局部升溫使組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，等軸組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)籃組織，這是在熱鐓過程中應(yīng)該注意的問題。鐓制過程還應(yīng)注意頭部的變形程度，相關(guān)研究表明，工件有可能因變形量過大而導(dǎo)致內(nèi)部晶界開裂，這種開裂所形成的缺陷會(huì)在后續(xù)加工過程中進(jìn)一步擴(kuò)大，并逐漸與軸線方向一致，帶有這種缺陷的螺栓甚至在裝配過程中以沿晶斷

6、裂的方式發(fā)生軸向開裂。任翀等［１５］報(bào)道了采用全面磨削技術(shù)、螺紋短收尾成型技術(shù)、自動(dòng)涂覆技術(shù)等已成功解決輕型高鎖螺栓國產(chǎn)化加工。 ３熱處理過程的影響 在工程實(shí)踐中，緊固件產(chǎn)品都有強(qiáng)度級(jí)別或硬度要求，緊固件熱處理過程是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一，鈦合金高鎖緊固件在熱處理過程中容易產(chǎn)生熱處理變形、內(nèi)應(yīng)力、氧化與脫碳等問題。對(duì)于熱處理變形問題［１６］，工程實(shí)踐中存在認(rèn)識(shí)不足的問題，事實(shí)上，產(chǎn)品熱處理時(shí)，由于受熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的作用，產(chǎn)生變形是絕對(duì)的，不同規(guī)格的鈦合金緊固件熱處理后變形量不同，一般來說，形狀復(fù)雜、細(xì)長(zhǎng)比大、孔徑大的零件變形較大，目前先進(jìn)的熱處理方法只能減小變形，不可能消除熱處理變形

7、。為減小變形可采取的措施有：（１）盡量將熱處理安排在毛坯（冷、熱鐓后）或留有余量的半成品狀態(tài)進(jìn)行；（２）由于細(xì)長(zhǎng)比過大的螺栓熱處理后容易產(chǎn)生彎曲變形，加工過程中應(yīng)留有足夠的余量。一般而言，鈦合金緊固件存在內(nèi)應(yīng)力是有百害而無一益的，內(nèi)應(yīng)力的存在不僅破壞高精度零件的尺寸精度的穩(wěn)定性，同時(shí)較大的內(nèi)應(yīng)力容易誘發(fā)氫脆，降低鈦合金緊固件的可靠性，縮短其疲勞壽命。因此消除內(nèi)應(yīng)力是應(yīng)重點(diǎn)注意的問題。鈦合金緊固件熱處理過程應(yīng)避免產(chǎn)生氧、氫、氮等污染，特別是氧的污染，在熱處理過程中，固溶加熱基本可以滿足高真空的要求，但冷卻過程是在含氧的水中進(jìn)行，因此存在氧的污染，此時(shí)污染層并不深，但在其后的時(shí)效過程中，污染層可能

8、繼續(xù)向內(nèi)發(fā)展。趙愛國等［１７］在ＴＣ１６鈦合金自鎖螺母裂紋故障分析中發(fā)現(xiàn)，固溶處理中收口端內(nèi)外表面產(chǎn)生脆性氧污染層，造成該處塑性嚴(yán)重下降，固溶處理后的收口工序過程中，由于緊固件受到收口力的作用，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生；同時(shí)提出嚴(yán)格控制固溶處理時(shí)的環(huán)境氣氛或合理調(diào)整制造工序可有效預(yù)防此類故障。 ４頭部金屬流線的影響 工件頭部金屬流線沒有急劇的彎曲和折疊，保持連續(xù)，可以有效消除應(yīng)力集中。如果存在折疊、斷層流線、較粗糙表面等，工件會(huì)因應(yīng)力集中而在這些部位產(chǎn)生疲勞裂紋，尤其是在頭部與桿部過渡處，若存在折疊現(xiàn)象，所鐓制的螺栓將成為不合格品。工程實(shí)踐證明，產(chǎn)生折疊的原因有：（１）預(yù)鐓時(shí)材料已經(jīng)向一側(cè)發(fā)生縱向彎曲

9、，預(yù)鐓變形已經(jīng)顯示出纖維向一個(gè)方向折疊，而這個(gè)折疊在隨后的精鐓時(shí)繼續(xù)受擠壓，形成折疊缺陷。（２）預(yù)鐓變形量過小，終鐓變形量過大大，在工件頭部形成纖維折疊。（３）預(yù)鐓時(shí)頭部發(fā)生輕微環(huán)狀屈曲，最后在工件頭部形成一個(gè)環(huán)狀。為避免頭部金屬流線對(duì)產(chǎn)品性能的影響，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)鐓過程的控制，正確設(shè)計(jì)預(yù)鐓形狀。 ５裝配過程及其他因素的影響 裝配過程中鈦合金螺栓光桿損傷也是誘發(fā)斷裂的重要因素之一，龐小超等［１８］研究發(fā)現(xiàn)光桿損傷誘發(fā)斷裂的特征是斷口起源于螺栓光桿部分的磨損區(qū)域，且在螺栓源區(qū)側(cè)面（光桿部分的磨損區(qū)域）存在微裂紋，對(duì)同批次裝機(jī)的鈦合金螺栓光桿部位的痕跡進(jìn)行了檢查，均為磨損痕跡。其磨損特征與斷裂螺栓

10、的特征相似，均為螺栓光桿部分一側(cè)磨損，其斜對(duì)側(cè)也存在相應(yīng)的磨痕。結(jié)合連接結(jié)構(gòu)和裝配生產(chǎn)時(shí)的流程，螺栓與連接副不是垂直接觸，而是呈一定角度，這正與螺栓斷裂的源區(qū)位置相吻合。另外，由于螺栓與連接副并不是垂直接觸，而是呈一定的角度，使得螺栓實(shí)際承受的載荷加大，且連接副的孔邊沒有倒角，使得螺栓光桿部位與孔邊接觸位置的磨損加劇，破壞了鈦合金螺栓表面完整性，從而在磨損嚴(yán)重位置萌生疲勞裂紋。因此在加工制造中應(yīng)重視鈦合金螺栓的表面處理，加強(qiáng)潤滑涂層［１９］的質(zhì)量檢測(cè)，增強(qiáng)涂層的耐磨性，實(shí)現(xiàn)螺栓反復(fù)拆卸。在裝配過程中，應(yīng)盡量避免在零件表面產(chǎn)生機(jī)械損傷［２０，２１］，正確安裝螺栓與連接副，減少螺栓光桿部位與連接副

11、孔邊接觸位置的磨損，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)螺栓光桿部位的磨損的檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)鈦合金螺栓表面完整性發(fā)生破壞，應(yīng)及時(shí)更換。 結(jié)語 （１）鈦合金高鎖螺栓在使用過程中受到剪切力、復(fù)合拉伸應(yīng)力的共同作用，疲勞條帶的存在是斷口最重要的特征，疲勞斷裂形式多數(shù)為疲勞損傷與應(yīng)力腐蝕。（２）在鈦合金高鎖緊固件生產(chǎn)制造過程中，應(yīng)加強(qiáng)原材料氫含量的檢驗(yàn)和鐓制過程、熱處理過程的工藝控制。調(diào)節(jié)合適的熱鐓成型溫度，保證內(nèi)部組織的穩(wěn)定性與一致性；合理分配預(yù)鐓與精鐓的變形程度，按金屬流動(dòng)原理盡可能使工件獲得并保持沒有急劇彎曲和折疊的連續(xù)的金屬流線；盡量減少熱處理的變形問題。（３）緊固件在裝配過程中，加強(qiáng)對(duì)螺栓光桿部位的磨損的檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)鈦合金螺栓表面完整性發(fā)生破壞，應(yīng)及時(shí)更換。 作者：唐毅劉戰(zhàn)培葛玲張建堂單位：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司三六三醫(yī)院瀘州醫(yī)學(xué)院學(xué)院辦公室 上一個(gè)文章： 縣域工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展分析下一個(gè)文章： 小議航空蓄電池監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)