钛合金腹鳍装配区裂纹失效分析.pdf

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1、成形质量与性能测试FoRMINGQuALITYANDPERFoRMANcETEsT■■●■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■—■■『————————————————————————————————————————————————————————————————一一钛合金腹鳍装配区裂纹失效分析FailureAnalysisOnAssemblyAreaCrackofTitaniumAUoyVentral中航工业北京航空制造工程研究所黄春陈福龙廖金华驻西安飞机工业公司军事代表室郭敏骁空军飞行事故和失效分析中心李权[摘要]某型飞机钛合金腹鳍使用700余小时后，装配区发现纵

2、向及横向裂纹。利用扫描电镜对裂纹断口进行宏微观观察，并采用能谱仪对其成分进行检测。结果表明：腹鳍纵向裂纹与横向裂纹均为疲劳裂纹。横向疲劳裂纹萌生于铆钉孔孔壁粗糙处或蒙皮表面划伤部位，局部表面完整性较差是出现横向裂纹的关键原因。提高钛合金零件表面完整性，可以有效降低零件疲劳裂纹的产生。关键词：钛合金疲劳裂纹表面完整性IABSTRACT】ARermorethan700hoursofopera—tion，longitudinalandtransVersecracksaref．oundonas—semblyareaoftheaircrafttitaniuma110yVentr

3、al．Inorderto行ndoutthef-ailuremodeandcase．crackandf}acturesurfaceobsen，ationandenergyspectmmanalysisareca卜riedout．TheresultsshowthatthetitaniumalloyventrallongitudinalandtransVersecracksarefatiguecrack，thepartialdif-ferentialsurf．aceintegrityisthekeyreasonoftransVersecracks，whichiso“gina

4、tedinthescratchposi-tionofskinsurfaceortherou曲wallofriVethole．Thef’atiguecrackscanbeefrectiVelyreducedbyincreasingthesurfaceintegrityoftitaniumalloyparts．Keywords：TitaniumalloyFatiguecrackSur-faceintegrity钛合金(Ti一6Al一4V)是典型的d+B型合金，由于其比重小、强度高、耐高温而被广泛应用于航空发动机压气机叶片、机身承力结构件等关键部位。飞机在运行过程中所承受的

5、载荷是复杂多变的，周期性的交变载荷更是普遍存在，如飞机起飞和降落时起落架承受的冲击交变载荷，机身、机翼飞行过程中的振动都会使一些构件承受交变应力，疲劳断裂是零部件在交变载荷(应力或应变)反复作用下产生的累积损伤，是金属材料零部件断裂中最主要的失效形式⋯。在对发动机压气机叶片意外失效的分析中，疲劳作用下钛合金小裂纹的“反常”扩展行为导致的寿命预测偏高，被认为是压气机叶片事故的主要原因之一12】。某型钛合金腹鳍位于飞机后机身，主要作用是增加】50航空制造技术·2013年第16期飞机飞行稳定性。受交变气动载荷影响，某腹鳍在外场使用68l架次／769小时47分后，机务检查发现

6、左腹鳍装配区内侧出现纵向及横向裂纹。本研究利用扫描电镜对腹鳍裂纹断口进行宏微观观察，并采用能谱仪对成分进行检测，通过综合分析，以确定裂纹性质及失效原因，为避免产生类似故障提供借鉴，并为产品结构设计与优化提供参考。1试验过程与试验结果1．1外观观察钛合金腹鳍位于飞机后机身，为钛合金薄壁空心结构，采用纵向立筋加强，壁厚约为1．2～1．6mm，装配区采用铆接形式。裂纹源位于左腹鳍内侧装配区17号立筋位置上，如图1及图2所示，该处为飞行过程中腹鳍自重与交变载荷合力矩最大位置。腹鳍表面蒙皮裂纹按照裂纹方向可分为如下两种形式：(1)垂直于航向的表面蒙皮裂纹(以下称纵向裂纹)：一—

7、一—始渺_Il■--一．J_l图1钛合金腹鳍外观Fig．1Prof¨eOft汁aniuma¨0yVentral图2钛合金腹鳍裂纹F味2CrackoⅧtaniumaI

8、oyventra(2)平行于航向的表面蒙皮裂纹(以下称横向裂纹)。17号立筋位置两条横向裂纹基本平行，分别长约110mm(左侧)和98mm(右侧)，已经穿透蒙皮厚度，两条横向裂纹均与纵向裂纹相交，且在纵向裂纹处截断。纵向裂纹长约13mm未穿透蒙皮厚度，也未贯穿腹鳍上缘，只存在于和机身对接的局部位置。1．2断口分析(1)纵向裂纹断口观察。将17号立筋位置上长约13mm的纵向裂纹打开，对其断