安装座裂纹失效分析

2014-12-08杨志黄阳周鹏程中国南方航空工业集团有限公司湖南株洲412002

中国科技纵横 2014年19期

关键词：覆盖物谱分析晶界

杨志黄阳周鹏程(中国南方航空工业(集团)有限公司,湖南株洲 412002)

安装座裂纹失效分析

杨志黄阳周鹏程(中国南方航空工业(集团)有限公司,湖南株洲 412002)

某列车安装座在使用过程中检修发现零件表面存在开裂现象,通过对失效件进行宏、微观形貌观察、组织观察、成分分析、能谱分析及硬度检查,结果表明:该安装座材质及冶金质量正常,安装座表面裂纹为应力腐蚀裂纹。

安装座裂纹应力腐蚀

某列车安装座在使用过程中检修发现零件表面存在开裂现象,该零件的成型工艺为型材加工成型,材料牌号为7003,最终热处理状态为T5(加热成型冷却后+人工时效)。安装座主要加工工艺:原材料板材下料→机加→酸洗→烘干→焊接→调平。为查找安装座开裂原因,对该安装座进行理化检验与分析。

1 试验结果

表1 安装座断口表面覆盖物能谱分析结果(Wt%)

表2 化学成分分析结果(Wt%)

1.1 外观检查

失效安装座外观形貌见图1,裂纹位于零件两侧,为穿透性裂纹。两侧裂纹长度分别为26mm和28mm。

1.2 断口分析

将裂纹打开后观察裂纹部位的断口形貌。

1.2.1 宏观断口观察

裂纹起始于零件两侧上缘,向零件底面方向扩展,断面高低差较大,未见明显塑性变形,断口呈脆性断裂特征。断面起始部位呈浅黄色,表面存在大量覆盖物,扩展区呈浅灰色,局部可见光亮小刻面,人工打开断口区域呈金属色,见图2。

1.2.2 微观断口观察

在扫描电镜下观察安装座断口呈典型的沿晶断裂特征,断裂源区表面局部可见泥纹花样及覆盖物,覆盖物经能谱分析为含O、Cl、Ca、S、Na、K等元素的腐蚀产物,人工打开断口呈韧窝形貌,见图3、图4 。

1.3 金相分析

在裂纹附近切取金相试样,腐蚀后观察显示安装座表面存在深度约0．25～0．35mm的粗晶环,基体部位显微组织为α固溶体+第二相,晶粒呈等轴状,见图5、图6。

1.4 能谱分析

对安装座断口表面覆盖物进行能谱分析,结果见表1,腐蚀产物中含有O、Cl、Ca、S、Na、K等元素,见表1。

1.5 成分分析

利用直读光谱仪对安装座材质进行化学成分分析,结果符合7003技术条件要求,见表2。

1.6 硬度检测

经测定,安装座基体硬度值HB为103、107,结果符合7003技术条件要求。

2 分析讨论

安装座断口呈典型的沿晶脆性断裂特征,断面起始部位存在腐蚀产物,且腐蚀产物经能谱分析含有O、Cl、Ca、S、Na、K等元素,局部可见泥纹花样及二次沿晶裂纹,可判断该裂纹为应力腐蚀裂纹。应力腐蚀断口通常呈沿晶断裂特征,材料断裂在通常情况下晶界的键合力高于晶内,断裂过程,裂纹扩展路径应该为穿晶而非沿晶。当环境中存在腐蚀介质时,优先沿晶界扩散,晶界键合力被严重削弱,通常在低于正常断裂应力(拉应力)的情况下,被弱化的晶界成为优先扩展通道,导致发生沿晶断裂,材料晶粒越粗大,晶界越少,越容易产生。

产生应力腐蚀裂纹主要有三个条件:环境因素、冶金因素、力学因素。材料在具备产生应力腐蚀的环境中才能发生应力腐蚀开裂。安装座材质为以Zn、Mg为主要合金元素的超高强度铝合金,该合金的主要强化相为MgZn2和Mg3Zn3Al2等,为应力腐蚀敏感材料。该零件外表面存在深度约为0．25～0．35mm的粗晶环,且基体晶粒为粗大等轴晶,晶粒越粗应力腐蚀裂纹产生倾向越大。零件成型工艺为型材加工成型,中间经过焊接、校形等热冷工艺,零件内部及表面存在残余应力,使应力腐蚀裂纹的产生具备了力学条件。