鈦合金自鎖螺母裂紋故障分析!
鈦合(he)(he)金(jin)本身作(zuo)為一種新型(xing)的(de)合(he)(he)金(jin)材料,具(ju)(ju)有(you)傳(chuan)統(tong)合(he)(he)金(jin)材料無法比擬的(de)優(you)越性,用鈦合(he)(he)金(jin)制作(zuo)成自鎖螺母(mu),零(ling)件(jian)本身的(de)堅固(gu)性和(he)連(lian)接緊密性非常(chang)好,在(zai)防止震動(dong)及其引起的(de)零(ling)件(jian)松動(dong)方面性能(neng)優(you)越,兼具(ju)(ju)高強度和(he)低密度的(de)特點。因此,鈦合(he)(he)金(jin)自鎖螺母(mu)備(bei)受飛(fei)機(ji)(ji)制造(zao)業(ye)和(he)其他高端(duan)機(ji)(ji)器制造(zao)業(ye)的(de)青睞,被應用在(zai)很(hen)多(duo)機(ji)(ji)器的(de)連(lian)接處。連(lian)接處對于機(ji)(ji)器設(she)備(bei)來說,是非常(chang)重要的(de)位置,一旦出現(xian)問(wen)題(ti)發(fa)生故(gu)障(zhang),很(hen)有(you)可能(neng)造(zao)成整個機(ji)(ji)器無法使(shi)用的(de)嚴重后果。
面對(dui)這種情況,對(dui)鈦(tai)合(he)金(jin)自鎖螺(luo)母裂(lie)痕故(gu)障(zhang)進(jin)行(xing)分析(xi)和研究(jiu),提出(chu)相應的整改措(cuo)施,無論在保護人員(yuan)設備(bei)安全方面還是(shi)在促(cu)進(jin)技(ji)術提高方面都具有非常(chang)重要的意義。本文就一些出(chu)現(xian)裂(lie)痕的鈦(tai)合(he)金(jin)自鎖螺(luo)母進(jin)行(xing)研究(jiu)之后,對(dui)其形(xing)成裂(lie)紋(wen)的故(gu)障(zhang)進(jin)行(xing)進(jin)一步的描述和分析(xi)。
(一(yi))鈦合金自鎖(suo)螺母裂紋的情況(kuang)
為(wei)了更(geng)好(hao)的(de)找出引起故障的(de)可(ke)能(neng)性,更(geng)好(hao)的(de)找到(dao)對(dui)(dui)應的(de)解決措施,我(wo)們找到(dao)一(yi)些(xie)出現裂(lie)紋的(de)鈦合(he)金自(zi)鎖螺(luo)(luo)母(mu),并(bing)且對(dui)(dui)這(zhe)些(xie)出現問題(ti)的(de)螺(luo)(luo)母(mu)進(jin)行了標注(zhu)和(he)檢查,進(jin)行了模擬實驗并(bing)對(dui)(dui)實驗數(shu)據進(jin)行記錄。在實驗過程中(zhong),我(wo)們不僅(jin)對(dui)(dui)出現裂(lie)紋的(de)鈦合(he)金自(zi)鎖螺(luo)(luo)母(mu)進(jin)行了仔(zi)細的(de)觀察和(he)記錄還找到(dao)了沒有問題(ti)的(de)鈦合(he)金自(zi)鎖螺(luo)(luo)母(mu)進(jin)行對(dui)(dui)比和(he)分(fen)析。
通過檢查發現,出現在(zai)(zai)鈦(tai)合金自鎖螺母的(de)裂痕(hen)并(bing)不是雜亂(luan)無章而(er)是具有(you)一定的(de)規(gui)律,裂痕(hen)部(bu)位(wei)(wei)并(bing)不是很(hen)多,集(ji)中在(zai)(zai)短(duan)軸(zhou)的(de)內部(bu)表面位(wei)(wei)置和長軸(zhou)外(wai)部(bu)表面位(wei)(wei)置,并(bing)且(qie)裂痕(hen)方向(xiang)(xiang)呈縱向(xiang)(xiang)發展。由此(ci)可見,基本可以排除了(le)突發意外(wai)狀況造成裂痕(hen)的(de)情況,需要進一步對故障原(yuan)因進行(xing)分析。
結合鈦合金(jin)自鎖螺(luo)母在我國的(de)主(zhu)要(yao)(yao)應用(yong)方(fang)向來看(kan),主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)作為(wei)航空零部件來使(shi)用(yong),所以對鈦合金(jin)自鎖螺(luo)母的(de)加(jia)工(gong)制造質(zhi)(zhi)量的(de)要(yao)(yao)求也越(yue)來越(yue)高,由于合金(jin)材(cai)料(liao)本身是(shi)一種復合材(cai)料(liao),使(shi)用(yong)新型(xing)材(cai)料(liao)做為(wei)零部件,在加(jia)工(gong)制造的(de)過程中必要(yao)(yao)的(de)質(zhi)(zhi)量控制非常重要(yao)(yao)。
隨著鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)制造(zao)(zao)工藝的(de)(de)(de)(de)發展和應(ying)用(yong)(yong)(yong)領(ling)域不斷擴大,對鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)零部件(jian)的(de)(de)(de)(de)技術以及零部件(jian)本身的(de)(de)(de)(de)各方(fang)面性能要求也有(you)所(suo)提(ti)高,同(tong)(tong)時對于某些特(te)殊行(xing)業(ye)和尖(jian)端領(ling)域中應(ying)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)自鎖螺(luo)母這類重點(dian)零部件(jian)來(lai)說,其(qi)結(jie)構復雜程度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)加(jia)大已經日(ri)漸明(ming)顯,像(xiang)傳統觀點(dian)的(de)(de)(de)(de)那種(zhong)認(ren)為“所(suo)有(you)的(de)(de)(de)(de)變形鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)都適合(he)用(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)(zuo)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)合(he)金(jin)”的(de)(de)(de)(de)思想也在逐漸被(bei)修正。隨著合(he)金(jin)使(shi)用(yong)(yong)(yong)溫度(du)(du)和工作(zuo)(zuo)(zuo)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)提(ti)高,鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)成(cheng)自鎖螺(luo)母等(deng)零部件(jian)時,根據使(shi)用(yong)(yong)(yong)部位(wei)和作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)不同(tong)(tong)還會(hui)添加(jia)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)元素,元素的(de)(de)(de)(de)加(jia)入(ru)量(liang)也相應(ying)增(zeng)加(jia),但同(tong)(tong)時必須考慮到合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)性能、流動性凝固區間結(jie)晶組織、力學性能等(deng)等(deng),因(yin)此只要有(you)一(yi)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)操作(zuo)(zuo)(zuo)不準確(que)或者有(you)疏漏(lou)出現,就會(hui)導致(zhi)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)的(de)(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)自鎖螺(luo)母質量(liang)發生(sheng)問題,產生(sheng)如上(shang)圖(tu)所(suo)示的(de)(de)(de)(de)裂紋現象。結(jie)合(he)諸多因(yin)素進行(xing)考慮之后,進一(yi)步對產生(sheng)裂紋的(de)(de)(de)(de)原因(yin)進行(xing)分析(xi)。
(一)引起(qi)鈦合金自鎖螺母(mu)裂(lie)紋(wen)的(de)因素
(1)鑄(zhu)造過程中的影響因(yin)素
鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)自(zi)鎖(suo)螺(luo)母的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造仍舊是依靠(kao)鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)這種新型材(cai)(cai)(cai)(cai)料為主(zhu)體來進(jin)行,從材(cai)(cai)(cai)(cai)料本身(shen)的(de)(de)性能來看,與很多傳(chuan)統所(suo)知的(de)(de)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)不同的(de)(de)是鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)材(cai)(cai)(cai)(cai)料具有非常高的(de)(de)化學活性,所(suo)以易(yi)與空氣中(zhong)的(de)(de)N、O、N發生劇烈化學反應(ying)。不僅如此(ci),鑄(zhu)(zhu)(zhu)造中(zhong)常用的(de)(de)耐火材(cai)(cai)(cai)(cai)料也極其容(rong)易(yi)和鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)材(cai)(cai)(cai)(cai)料發生化學反應(ying)。而鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)材(cai)(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造過(guo)程中(zhong),模(mo)(mo)具的(de)(de)使(shi)用是不可或缺的(de)(de)一個方面,并且鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)自(zi)鎖(suo)螺(luo)母的(de)(de)熔模(mo)(mo)精(jing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)要比鋁(lv)和鋼(gang)等合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)材(cai)(cai)(cai)(cai)料零件(jian)的(de)(de)熔模(mo)(mo)精(jing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)難度(du)大得多,需借助(zhu)特殊手段才能實現。主(zhu)要是借助(zhu)模(mo)(mo)具經過(guo)加壓使(shi)其收(shou)縮,接(jie)下(xia)來在壓扁的(de)(de)基(ji)礎上進(jin)行一定的(de)(de)處理進(jin)而成型。這個過(guo)程中(zhong)模(mo)(mo)具的(de)(de)選擇對(dui)鈦(tai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)自(zi)鎖(suo)螺(luo)母最終定型具有很大影響。
通過(guo)選擇幾個(ge)不同(tong)形狀(zhuang)尺(chi)寸的(de)(de)模具來進行試驗,基本可(ke)以(yi)得出(chu)以(yi)下幾個(ge)結論:(1)鈦(tai)合金材料(liao)(liao)作為一(yi)種可(ke)塑(su)性材料(liao)(liao),也有著自身的(de)(de)臨界點,在對鈦(tai)合金自鎖螺母進行壓(ya)扁的(de)(de)過(guo)程(cheng)中,如果壓(ya)扁的(de)(de)程(cheng)度超過(guo)了材料(liao)(liao)本身的(de)(de)極(ji)限(xian),破(po)壞了材料(liao)(liao)的(de)(de)可(ke)塑(su)性,這種情(qing)況(kuang)下,由于長軸(zhou)和短軸(zhou)的(de)(de)表面(mian)曲率(lv)不同(tong),所以(yi)在內表面(mian)出(chu)現了裂痕而(er)外表面(mian)并沒有受(shou)影(ying)響。
(2)選(xuan)擇的(de)(de)(de)模具半(ban)徑(jing)曲(qu)率不(bu)同也(ye)會(hui)(hui)產生影響。使用半(ban)徑(jing)曲(qu)率較小的(de)(de)(de)模具鑄(zhu)造(zao)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)鈦合金自(zi)鎖螺母長(chang)軸內(nei)表面(mian)會(hui)(hui)出(chu)現(xian)嚴重的(de)(de)(de)變形,而且短軸內(nei)表面(mian)也(ye)會(hui)(hui)出(chu)現(xian)裂痕或者不(bu)同程度的(de)(de)(de)變形。相反的(de)(de)(de),當模具的(de)(de)(de)半(ban)徑(jing)曲(qu)率過大的(de)(de)(de)時候,鑄(zhu)造(zao)成的(de)(de)(de)鈦合金自(zi)鎖螺母雖然(ran)長(chang)軸的(de)(de)(de)外表面(mian)完好,但是短軸的(de)(de)(de)內(nei)表面(mian)會(hui)(hui)出(chu)現(xian)不(bu)同程度的(de)(de)(de)開(kai)裂現(xian)象。
(二)加(jia)工(gong)過程中(zhong)的影響因素
已經(jing)成(cheng)(cheng)型的(de)(de)(de)鈦合(he)金(jin)(jin)自(zi)鎖(suo)螺(luo)母還需(xu)要進(jin)(jin)一步(bu)加工,目前最(zui)普(pu)遍(bian)的(de)(de)(de)加工方(fang)式(shi)是(shi)(shi)熱(re)(re)處(chu)(chu)理制度。通常進(jin)(jin)行進(jin)(jin)一步(bu)加工的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)是(shi)(shi)對材料(liao)進(jin)(jin)行壓(ya)(ya)扁成(cheng)(cheng)型,因此(ci)擠(ji)壓(ya)(ya)模(mo)具在(zai)選(xuan)用上選(xuan)擇(ze)新型耐熱(re)(re)模(mo)具的(de)(de)(de)同時(shi)(shi)保證加熱(re)(re)爐(lu)到(dao)擠(ji)壓(ya)(ya)筒的(de)(de)(de)輸送速度也要快(kuai),在(zai)加熱(re)(re)和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)過程(cheng)中剛(gang)剛(gang)鑄造的(de)(de)(de)新鮮的(de)(de)(de)鈦合(he)金(jin)(jin)自(zi)鎖(suo)螺(luo)母本(ben)身作為金(jin)(jin)屬材料(liao)來說易被氣體污(wu)染(ran)尤其是(shi)(shi)被氧化污(wu)染(ran),所以采用適當的(de)(de)(de)保護措施(shi)非(fei)常必要。但(dan)是(shi)(shi)通常在(zai)進(jin)(jin)行熱(re)(re)處(chu)(chu)理時(shi)(shi),很容(rong)(rong)易因為控制不當而使(shi)金(jin)(jin)屬的(de)(de)(de)表面(mian)受到(dao)污(wu)染(ran),雖然在(zai)熱(re)(re)處(chu)(chu)理之后要將零件放在(zai)真空的(de)(de)(de)環境下進(jin)(jin)行固溶時(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)處(chu)(chu)理,但(dan)是(shi)(shi)已經(jing)存在(zai)的(de)(de)(de)表面(mian)污(wu)染(ran)依舊容(rong)(rong)易發生氧化,使(shi)鈦合(he)金(jin)(jin)自(zi)鎖(suo)螺(luo)母本(ben)身的(de)(de)(de)硬度和(he)可塑性大打折扣。
(三(san))使用(yong)過程中的影響因(yin)素
鈦合金(jin)自鎖(suo)螺母(mu)在(zai)使用(yong)過(guo)程(cheng)中同(tong)樣存在(zai)著可能(neng)引起裂痕的(de)因(yin)(yin)素。由于這種零件通常(chang)是用(yong)在(zai)連接處或(huo)者(zhe)進(jin)(jin)行加固作(zuo)用(yong),進(jin)(jin)行安裝(zhuang)時(shi)很容易(yi)因(yin)(yin)為(wei)(wei)操作(zuo)不當引起的(de)磨損和損傷,或(huo)者(zhe)進(jin)(jin)行反復多次的(de)拆卸零件等(deng)行為(wei)(wei),都??對鈦合金(jin)自鎖(suo)螺母(mu)造成不同(tong)程(cheng)度(du)破(po)壞,進(jin)(jin)而降低零件本身的(de)耐磨損度(du)。容易(yi)導致開裂現象。
總結:通過以(yi)上(shang)分析(xi)可以(yi)看出(chu)來,影響裂痕的(de)因(yin)素有很多。每個(ge)因(yin)素都不能(neng)夠忽視,因(yin)此在日(ri)后對鈦合金自鎖螺母的(de)鑄造上(shang)要選擇尺寸形狀合適的(de)模(mo)具(ju),并且嚴格(ge)測量模(mo)具(ju)的(de)曲率半(ban)徑,這一(yi)點很重要。
不僅如此,在(zai)加工(gong)過程中可以將固溶的(de)步驟提前,這樣可以避免(mian)(mian)在(zai)固溶時(shi)效這一階(jie)段螺(luo)母表面被氧化腐蝕和污染(ran);在(zai)使用鈦合金自(zi)鎖螺(luo)母的(de)過程中,技術人(ren)員(yuan)應當正確安裝(zhuang),避免(mian)(mian)對零件(jian)的(de)損傷和磨損,同時(shi)要加強對安裝(zhuang)有(you)鈦合金自(zi)鎖螺(luo)母部位的(de)檢測力度(du),定(ding)期維護,并(bing)及時(shi)更換有(you)問題的(de)零件(jian)。
由此可見(jian),通過改(gai)善技術水(shui)平(ping),加(jia)強防范意識等方式,可以(yi)有效的(de)預防鈦合金自鎖(suo)螺母裂(lie)紋,進而避(bi)免故(gu)障(zhang)的(de)發(fa)生。