某型飞机接头裂纹故障原因分析_冯书喜.pdf

44航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/2 3 微观分析对上耳片裂纹断口进行微观检查。左侧暗灰色区微观韧性断裂特征相对明显，可见细小撕裂棱线，以韧窝断裂为主，局部可见沿晶断面以及腐蚀痕迹（见图 3a）；右侧亮灰色区则为典型的沿晶断裂，可见沿晶二次裂纹；断面右侧亮灰色区整体均为沿晶断裂，无塑性撕裂痕迹，多二次裂纹，附着物区可见颗粒状腐蚀氧化产物（见图 3b）。1 故障描述某型飞机使用中发现 65-0429-30-1接头出现裂纹。接头材料为LC4CS模锻，经机械加工后热处理至 b 510MPa，表面阳极化，涂 H06-2 锌黄底漆。该接头安装于 29 框机身结合处，通过铆钉铆接在 29 框框板上，裂纹位置为接头上耳片；上耳片孔内安装有 30CrMnSiA衬套，此衬套与接头之间为过盈配合（24H9/x8）。接头通过垂直螺栓（18）与机翼第一横梁固定连接，螺栓与机身接头衬套为间隙配合（18H9/f7），是机翼与机身结合交点之一。2 宏观分析开裂接头外观如图 1 所示。裂纹位于上耳片外圆弧顶部，轴向分布；裂纹闭合性较好，开裂区未见明显变形和异常机械损伤。上耳片前侧面、内侧面表面漆层在外场检查清理时大面积脱落；接头表面其他部位局部也可见漆层剥落，基体可见灰色腐蚀损伤。观察上耳片裂纹断口，断口表面按颜色差异分为亮灰色、暗灰色两个区域（见图2）。其中，亮灰色区位于耳片内侧，表面反光较强，局部可见灰白色、棕灰色附着物；暗灰色区位于耳片外侧，表面相对粗糙，无明显附着物；两者之间可见清晰分界。此外，断口表面可见纤维状弧线条纹，弧线弯向内孔一侧。某型飞机接头裂纹故障原因分析Analysis on Joint Crack Fault for a Certain Type of Aircraft 冯书喜杨宝林刘伟光谢续前/石家庄海山实业发展总公司摘要：对机身结合框板处 65-0429-30-1 裂纹接头进行了宏微观形貌观察和能谱分析，并检查了金相组织、阳极化膜和硬度，确定了裂纹性质，分析了裂纹产生的原因，并提出了相关解决措施。关键词：机翼；接头耳片；裂纹；应力腐蚀；漆层老化Keywords：wing；joint lug；crack；stress corrosion；paint aging图1接头外观图3断面微观形貌图2接头上耳片裂纹断口宏观形貌工 程 ENGINEERING DOI:10.19302/ki.1672-0989.2023.02.02645AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/2 对上耳片内侧表面阳极化进行观察。该侧表面阳极化膜出现线状、片状损伤，膜层破碎脱落，基体表面可见腐蚀组织形态；在摩擦脱落区可见点状腐蚀孔洞（见图 4）。在断口边缘和裸露区的腐蚀坑处检测到 Cl 元素（见图 5）。4 金相检查在断口附近平行断口截取上耳片金相试样，抛光状态下在耳片内孔孔壁存在多处晶间腐蚀损伤区，腐蚀严重部位表面出现腐蚀坑（见图 6）；耳片外侧与衬套接触区可见挤压凹陷，凹陷区表面无阳极化膜，局部可见晶间腐蚀损伤（见图 7）；固溶体中可见灰色AlMnFeSi 及 Al6（FeMn）相，此 外 存在弥散分布的黑色条状、球状相，轮廓圆滑（见图 8）；该试样内、外、上侧表面均可见均匀阳极化膜，厚度在 9m左右（见图 9）。将上耳片断面沿横纵两个方向剖切后对剖面金相进行观察。断口剖面低倍组织中裂纹沿着纤维扩展，断面沿着变形纤维走向起伏（见图 10）；耳片内侧可见多处晶间腐蚀损伤，与宏观发现的图4上耳片内侧膜层损伤区微观形貌 元素重量百分比 原子百分比CK13.8227.16OK7.8511.59MgK1.841.79AlK53.8947.15SiK6.145.16ClK0.430.29KK2.511.51CaK1.330.78FeK2.401.01CuK2.590.96ZnK7.202.60图 5上耳片内侧表面膜层受损区微区成分图6内孔边缘晶间腐蚀图8基体析出相形态图7外侧衬套接触区变形及晶间腐蚀图9三个侧面阳极化膜图10断口剖面低倍组织图11耳片内侧面腐蚀损伤（抛光态）表面点蚀坑区相对应（见图 11）；该剖面组织形态与断口平行截面基本一致，除了各处析出相外，浸蚀后该处组织与其他部位无差异。对断口剖面金相试样中各种析出相进行能谱分析，灰色块状相中 Fe、Cu46航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/2 含量较高（见图 12）；黑色球状、条状相中 Mg、Si 含量远高于基体，且含有较高 O 元素（见图 13）；在耳片内侧表面晶间腐蚀区检测到了 S、Cl 腐蚀性元素（见图 14）。5 硬度测试在接头不同部位金相试样上测试维氏硬度，结果见表 1。各部位硬度较为均匀，与中国航空材料手册中 LC4 CS 状态硬度相当；换算成抗拉强度约528 541MPa，符合 b 510MPa 的技术要求。6 故障分析从以上的分析情况可以看出，接头耳片为宏观脆性开裂，断面大部分区域为沿晶特征，并且存在 O、S、Cl 元素，因此其失效性质为沿晶的应力腐蚀开裂。应力腐蚀开裂的主要影响因素有拉应力、表面防护和材料状态等。1）接头耳片为接头的主要承力部位，此外，耳片内孔过盈装配有衬套，不同的过盈紧度也会影响耳片受力，为耳片发生应力腐蚀提供应力条件。2）在清理接头表面漆层过程中，漆层出现大面积脱落，说明接头漆层附着力较低。此外，失效接头表面多处存在漆层脱落和剥层腐蚀等局部损伤，表明该飞机服役环境较为恶劣，并且长期服役后表面漆层老化降低了防腐 能力。3）接头变形流线无明显异常，硬度、强度符合技术要求，组织为正常的变形晶粒和再结晶组织。检查结果中发现析出相中包括富含 O、Mg、Si 的黑色球状、条状相，并且在断口上出现了局部沿晶断裂区，说明接头组织存在轻微过热现象。综合该接头服役、失效时间判断，该组织对接头应力腐蚀开裂的影响有限。7 结论与建议1）接头上耳片为沿晶的应力腐蚀开裂，与飞机服役腐蚀环境恶劣、表面漆层长期服役后防护能力下降和接头局部应力相对较大有关。2）建议对其他同类接头的防护损伤、腐蚀情况进行类比分析；对飞机使用环境和防护能力适应性进行评估；在机体使用和维护过程中加强腐蚀 防护。CK2.176.26FK1.332.43AlK49.2663.14CrK1.300.87MnK4.032.54FeK25.8516.01NiK1.26CuK12.967.05ZnK1.830.970.74元素重量百分比 原子百分比图12块状析出相 CK5.029.79OK12.8618.82MgK29.9628.86AlK19.7917.18SiK28.6823.91FeK2.030.85ZnK1.650.59CK5.029.79OK12.8618.82MgK29.9628.86AlK19.7917.18SiK28.6823.91FeK2.030.85ZnK1.650.59元素重量百分比 原子百分比图13黑色相 元素重量百分比 原子百分比CK4.177.30OK39.6352.11MgK0.990.85AlK47.3336.90SK0.580.38ClK0.280.16ZnK4.041.303.000.99CuK图14内侧边缘晶间腐蚀区表1接头硬度测试结果（HV0.2）测试部位测试值平均值换算强度（MPa）平行断口截面166171183165165170528 541裂纹剖面173166171172169170断口剖面173176174176177175远离耳片的壁板171179165165173171工 程 ENGINEERING