板片断裂失效分析

吴文 王亚龙 姬存国 周露

摘 要

某型发射装置内部的板片组件在使用一个周期后出现了断裂现象。通过对板片断裂的因素进行分析，并对板片进行能谱分析、金相检查、硬度分析以及电镜扫描端口微观检查，查清板片断裂的根源为疲劳断裂，疲劳源位于点蚀坑处。

关键词

板片;失效分析;疲劳断裂、点蚀

中图分类号： TK172                     文献标识码： 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 故障現象

板片位于某型导轨发射装置机械锁内，材料为：0Cr17Ni7AL，由9个长短不同的板片叠放在一起组成板片组件（如图1），通过螺栓固定。板片组件在使用一个周期进厂修理中发现最下层的板片断裂（如图2），检查其它板片没有明显损伤，板片及其他零件表面存在明显腐蚀现象。

2 故障原因分析

根据空、海军飞机机械锁的修理情况来看，空军飞机的板片组件目前未发生过断裂以及腐蚀现象。该断裂的板片为海军飞机的机械锁，且机械锁的其他板片以及零件均有不同程度的腐蚀。由于海军飞机的使用环境相比较空军飞机存在湿度大、盐分高以及存在各种腐蚀元素等，使板片发生点蚀后造成的疲劳断裂，海军飞机的腐蚀普遍比空军严重也是很好的证明。

3 失效分析

为进一步确认是由于点蚀造成的疲劳裂纹，故对板片进行了失效分级。

3.1 微观观察

使用场发射扫描电子显微镜对板板片断面1进行观察，如图3所示，（a）为断面局部形貌，源区存在大量腐蚀产物，疲劳起源于点蚀坑位置。腐蚀区面积较大，见图（b）;对蚀坑形貌进行观察，可见龟裂形貌特征，见图（c）;（e）为疲劳区组织形貌，呈现解理脆性断裂形貌;（f）为高倍下的疲劳条带形貌，条带细密。整个断面疲劳扩展充分。

对板片断面2进行观察，得出的结论与断面1相同，即源区附近同样存在大量锈蚀物，疲劳起源于点蚀坑位置。腐蚀区面积较大;对蚀坑周边形貌进行观察，可见典型龟裂形貌;疲劳区组织形貌，呈解理脆性断裂形貌;高倍下的疲劳条带形貌，条带细密。

对板片下表面进行微观观察，见图4所示，可见表面腐蚀严重，（b）、（c）为点蚀坑形貌特征。

3.2 能谱分析

对板片断面及表面进行能谱成分分析，结果见图5所示。（a）可见断面源区存在大量腐蚀性元素Cl及氧元素;（b）可见干净疲劳区不存在腐蚀元素;（c）为板片下表面腐蚀区成分，可见存在较多S、Cl元素及氧元素。

3.3 金相检查

将板片垂直于表面方向进行切割制备金相试样，腐蚀后的金相组织见图6所示。组织由低碳马氏体、氮化物及δ-铁素体组成，无明显冶金缺陷。

3.4 硬度分析

使用维氏硬度计对板片的金相试样进行硬度检测，测试结果见表1所示。

4 分析与讨论

通过对断裂板片相关检查，主要实验结果如下：

（1）宏观方面，板片断裂位置位于其中间区域，断面相对平整，存在分层，断面不同程度锈蚀，裂纹源位于点蚀坑处，板片下表面锈蚀严重，存在较多点蚀坑;

（2）微观方面，裂纹起源处蚀坑较深，断面呈现解理脆性断裂特征，高倍可见细密疲劳条带形貌，疲劳扩展充分;

（3）能谱结果显示裂纹起源的点蚀坑处存在大量腐蚀元素;

（4）金相结果显示材料无明显冶金缺陷;

（5）硬度结果显示板片硬度为51.5HRC。

综合分析可知，板片断裂性质为疲劳断裂，疲劳起源于点蚀坑处，对板片表面质量检查可发现，表面除腐蚀坑以外，未见加工缺陷;金相结果显示材料组织无明显冶金缺陷;材料硬度为51.5HRC，根据板片状态及组织，推测板片的热处理制度应为冷轧或冷拉变形状态后经后续时效处理所得，根据材料手册，可知该热处理制度下0Cr17Ni7Al的硬度值应在49HRC以上，硬度结果满足要求。板片两处断裂均为疲劳断裂，两处裂纹源均起源于点蚀坑，同时在干净疲劳断面上未发现腐蚀元素，说明板片先发生表面点蚀，当点蚀坑达到一定深度后，疲劳裂纹开始在此处萌生并扩展，同时腐蚀持续进行，当板片疲劳开裂后，形成了本文中所示的疲劳断面。

5 结论

（1）板片断裂性质为疲劳断裂，疲劳源位于点蚀坑处。

（2）考虑到目前该板片只在海军飞机出现断裂，建议对海军飞机的该位置板片进行定期检查，对腐蚀严重的板片进行更换。

参考文献

[1]某型发射装置技术说明书.