国检检测欢迎您!

微信公众号|腾讯微博|网站地图

您可能还在搜: 无损检测紧固件检测轴承检测上海综合实验机构

社会关注

分享:TC4钛合金高锁螺栓发生异常双剪断裂原因

返回列表 来源:国检检测 查看手机网址
扫一扫!分享:TC4钛合金高锁螺栓发生异常双剪断裂原因扫一扫!
浏览:- 发布日期:2022-10-09 14:35:21【

许永春,,,,,飞 

(河南航天精工制造有限公河南省紧技术重点,464000) 

:TC4钛合金高锁观观显微织观 断口分析和双剪试验,分析了:高锁的热处理过程中,其在真空炉中未被及时取出,使螺栓在炉中长时间保温,形成较厚的表面污染层 和显微裂纹;通过分析高锁螺栓的加工工艺可知,在热处理后的精车工序中,加工余量较小,导致螺 栓表面污染层未被完全去除,在双剪试验过程中受弯矩作用,显微裂纹沿着脆而硬的表面污染层快 速扩展,直至螺栓断裂

关键词:TC4;;;;;纹 

中图分类:TG115 :B :1001-4012(2022)03-0066-04

TC4钛合金是一种 α+β,6% (质量分数)α相稳定元素铝4%()β,,,广固件 (螺栓螺钉及螺母)等的制造,相当于美国的 Ti- 6Al-4V 钛合金[1-4]。TC4钛合金紧固件经固溶+效处理后,抗拉强度可达 1100MPa以 上,剪切 强度达670MPa以上为了检验 TC4钛合金高锁 螺栓的综合性能,通常分析其破坏拉力双剪力[5],GJB715.26A -2008,杆部进行

MJ6规格 TC4钛合金高锁螺栓的加工 工艺流程为下料镦头热处理喷砂精车R滚丝表面处理终检入库在终检的双剪 试验过程中共剪切5件高锁螺栓,其中有1件高锁 螺栓发生异常断裂正常双剪断裂高锁螺栓的双剪 力为41.03kN,异常双剪断裂高锁螺栓的双剪力仅 18.34kN。笔者对异常断裂件进行一系列检验 与分析,找出其异常双剪断裂的原因,以期提升高锁 螺栓的质量


1 理化检验 

1.1 宏观观察

如图1所示,异常断裂位置在高锁螺栓双剪位 置中部,仅双剪位置附近存在涂层脱落现象,其余部 位未见明显损伤。 

1.2 断口分析 

采用体视显微镜和扫描电镜,对异常双剪断裂 高锁螺栓进行断口分析如图2所示:宏观观察可 见断口平齐,未见明显塑性变形;a区为裂纹源区, 位 于断口边缘,呈灰黑色,可能存在裂纹;b区呈灰 1 异常双剪断裂高锁螺栓的宏观形貌 白色;,a,撕裂台;近螺;b韧窝形貌


1.3 显微组织观察

在异常双剪断裂高锁螺栓断口处截取试样,金相显微镜下观察其显微组织如图3所示:未见 魏氏组织等 TC4钛合金典型的过热过烧现象,栓表面有较厚的污染层,厚度约为1.16mm;表面污 染层上存在微裂纹,次表面组织为密集分布的等轴 α;心部组织为正常的固溶+时效处理态组织, 即初生的α+转变的β


2 双剪试验 

为了验证表面污染对 TC4钛合金双剪性能的 影响,选取了与异常双剪断裂螺栓同批次的 TC4合金高锁螺栓,将其加工成直径为6mm 的光滑试 ,记为模拟高锁螺栓,然后按照与异常双剪断裂螺 栓相同的固溶温度940 ℃,在空气炉中保温不同时 间后,其表面生成不同厚度的表面污染层,再以异常 双剪断裂螺栓相同的时效制度进行处理每个方案 3个平行试,1所示


依据 GB/T23603-2009《钛及钛合金污染层测方法GJB715.26A-2008《紧固件试验方法 双 标准中的试验方法,分别对不同热处理制度下的 模拟高锁螺栓进行表面污染层厚度测量和双剪试验。 


由表2和图4可见:表面污染层厚度随固溶保 温时间的增加而逐渐增大,与固溶保温时间近似呈 线性关系双剪力随表面污染层厚度的增加而逐渐 减小;在方案4条件下进行双剪试验时,1件螺栓的 双剪曲线 出 现 明 显 波 动,双 剪 力 先 平 滑 上 升 至 约 34kN ,突然呈直线下降至30kN,然后又平滑上升至36.41kN,此时螺栓发生断裂。 

对方案4条件下异常双剪断裂的模拟高锁螺栓 进行显微组织观察和断口分析如图5、6和图7 所示:双剪部位存在开裂现象,开裂部位表层呈灰黑 色片层状解理断裂的形貌特征,次表面为颗粒状沿 晶开裂形貌,灰色区域呈韧窝形貌,整个断口形貌与 异常双剪断裂螺栓的相似;靠近断口区域存在污染 层和显微裂纹在方案4条件下模拟高锁螺栓表面 形成的污染层较厚,同时存在显微裂纹,在双剪过程 ,受到持续的剪切力作用,导致显微裂纹沿表面污 染层扩展,使应力释放,双剪曲线出现直线下降,后继续在剪切力作用下,双剪曲线又平滑上升,直至 螺栓断裂


3 分析与讨论 

由异常双剪断裂高锁螺栓的断口形貌和显微组 织可知,其断口表面呈层片状解理断裂的形貌,心部 为韧窝形貌,螺栓表面存在较厚的表面污染层和显 微裂纹。TC4化后才能使,金属,境中进行高温固溶处理时,由于真空度不足,环境气 氛中存在氧等半径较小的原子在高温作用下扩散至 产品表面,形成富氧的硬脆污染层[6]有研究表 ,钛合金表面污染层硬度高塑性低,这会影响材 料的疲劳性能断裂韧度和冲击性能[7],钛合金在剧变形或受力时表面会发生开裂因此,钛合金高 锁螺栓相关标准中要求螺栓头部支撑面光杆螺纹 等关键部位不允许有表面污染层[8]


通过不同热处理制度条件下的双剪试验结果可 ,双剪力与表面污染层厚度呈反比,保温时间越 ,螺栓表面污染层越厚,双剪力越小,表面污染层 厚度保温时间双剪力三者之间呈近似线性关系采用与异常双剪断裂高锁螺栓相同的热处理制度和 设备进行热处理后,模拟高锁螺栓存在约0.3 mm 厚的表面污染层,方案4 条件下双剪曲线异常的模 拟高锁螺栓与异常双剪断裂高锁螺栓断口特征相 在相同的热处理制度条件下,经真空炉处理后, 模拟高锁螺栓表面污染层厚度比经空气炉处理后的 因此,该模拟高锁螺栓在真空炉中存在更长时 间的反复加热和保温现象。 

综上所述,该高锁螺栓出现异常双剪断裂的主 要 原因是在热处理过程中,其在真空炉中未被及时取出,使螺栓在炉中长时间保温,形成较厚的表面污 染层和显微裂纹通过分析高锁螺栓的加工工艺可 ,在热处理后的精车工序中,加工余量较小导致高 锁螺栓表面污染层未被完全去除,在双剪试验过程 中受剪切力作用,显微裂纹沿着脆而硬的表面污染 层快速扩展,直至螺栓断裂

4 结论及建议

(1)TC4钛合金高锁螺栓异常双剪断裂的 主要原因是存在较厚的表面污染层和显微裂纹,双剪试验过程中受弯矩作用,显微裂纹沿表面污染 层迅速扩展,直至螺栓断裂

(2)建议加强热处理过程管理,及时清理热处 理炉,避免产品在热处理炉中滞留时间过长导致其 表面污染层增厚

参考文献: [1] 董瑞峰,李金山,唐斌,.航空紧固件用钛合金材料 发展现状[J].航空制造技术,2018,61(4):86-91. [2] 李蒙,凤伟中,关蕾,.航空航天紧固件用钛合金材 料综述[J].有 色 金 属 材 料 与 工 程,2018,39(4):49- 53. [3] 胡隆伟,叶文君.紧固件材料手册[M].北京:中国宇 航出版社,2014. [4] 朱李云,程全士,胡 庆 宽,.Ti-6Al-4V 航 空 紧 固 件 热成形温度对显微组织的影响研究[J].金属加工(加工),2016(23):15-17. [5] 张庆云,陆业航,李众城,.TC4钛合金紧固件的 α 污染层[J].中国有色金属学报,2010,20(S1):1013- 1015. [6] ,,,.TC4α[J].,2018,47(20):243-246. [7] 陈容,刘兆华,张达富,污染层对 Ti-6Al-4V 铸造 钛合金 组 织 与 性 能 的 影 响 [J].钢 铁 钒 钛,2017,38 (4):48-52. [8] 侯崑,张辉.英制轻型钛合金高锁螺栓鉴定试验探讨 [J].航空标准化与质量,2008(5):49-53.

< 文章来源>材料与测试网 > 



推荐阅读

    【本文标签】:螺栓断裂原因分析 合金断裂原因分析 金属材料第三方检测机构
    【责任编辑】:国检检测版权所有:转载请注明出处

    最新资讯文章