7B04铝合金固定下接耳开裂原因分析.pdf

采用体式显微镜、扫描电镜、显微硬度仪等设备分析了 7B04 铝合金飞机襟副翼操纵摇臂固定下接耳的断口微观组织形貌，研究发现 7B04 合金制备飞机襟副翼操纵摇臂固定下接耳的开裂为疲劳断裂，裂纹源于耳孔底面的边缘。关键词：铝合金；微观组织；疲劳断裂中图分类号：V252.2文献标识码:A1前言7B04 铝合金属于 Al-Zn-Mg-Cu 系铝合金，是在国产 7A04 铝合金的基础上开发的，通过调整合金中的镁、铜含量，降低铁、硅含量，在保证合金强塑性的同时提升了抗应力腐蚀性能和断裂韧度，在航空航天领域获得了广泛的应用，常用于飞机接头和飞机支臂等要求较高的部位14。众多学者研究了不同热处理工艺对 7B04 合金的组织和力学性能的影响、不同介质下合金的腐蚀性能、不同材质与 7B04 合金的连结工艺技术和超塑性工艺对 7B04 合金的组织性能影响等511。7B04 厚板制备的某型飞机襟副翼操纵摇臂固定下接耳，在服役一段时间发现明显开裂，本文利用体视显微镜、扫描电镜、显微硬度仪等设备分析研究固定下接耳的开裂原因，以期找到合适的方法避免类型情况发生。2试验材料及方法下接耳的材料为 7B04 铝合金状态 T651，板厚为 50 mm，长度为 1.5 m，宽度为 1.5 m。按照下接耳的图纸要求进行下料，然后采用数控加工成型，然后进行表面阳极化和喷漆处理，经过液氮深冷处理进行过盈装配飞机服役使用。衬套材料为 1Cr15Ni4Mo3N，其表面经过化学镀铬。经过一段时间服役之后，发现下接耳开裂，采用机械钻孔方式不影响开裂位置分析，将开裂部份取样下来。采用体式显微镜、扫描电镜观察断口形貌，利用扫描电镜的能谱分析微区成分，研究确定断裂的原因。3试验结果与讨论图 1 为开裂下接耳的宏观形貌，从图 1 中可见，裂纹走向平直。下接耳端面阳极氧化层和底面保护漆层均保持良好，无破损。图 1开裂下接耳的宏观形貌图 2为断口裂部位的低倍组织照片*收稿日期：2023-03-07作者简介：于妍妍（1988），女，满族，硕士，工程师，主要从事理化检测技术与管理工作。通讯作者：刘恩泽（1976），男，汉族，博士，研究员，主要从事高温结构材料研究。42有色矿冶第 39 卷图 2 为断口清洗前后的形貌，从图 2 中可见，下接耳的裂纹已经形成了一段时间。图 3 为靠近下耳孔端面断口形貌。从图 3（a）中可见，呈现了类似疲劳断裂的形貌特征，对于 7B04 合金其屈强比达到了 0.9 以上，属于脆性材料，材料一但产生开裂会快速失效。从 图 3（b）中 可 见 裂 纹 源 在 靠 近 耳 孔 底 面 的边缘。（a）低倍形貌（b）局部放大图 3靠近下接耳耳孔端面断口形貌（a）低倍形貌（b）局部放大图 4靠近下接耳耳孔底面断口形貌图 4 为靠近下接耳耳孔底面断口形貌。从图 4（a）中可见，在耳孔底面的断口形貌与图 3（a）相比较呈现明显的不同，图 4（b）的局部放大断口特征可见此处不是裂纹源起点。图 5 为正常打断合金的新鲜断口形貌。比较图 3、图 4 和图 5，发现图 5 中新鲜的断口呈现层片状的断裂特征，而图 3 和图 4 中的断 口 形 貌，发 生 了 明 显 摩 擦 损 失，断 口 平 面 区 域平直。（a）低倍形貌（b）局部放大图 5下接耳新鲜断口形貌第 4 期于妍妍等：7B04铝合金固定下接耳开裂原因分析图 6 为耳孔打断后的端面和底面的衬套的形貌特征，从图 6 中可见，在衬套的端面工作面，存在明显的与连结件的磨损，但与 7B04 合金的基体没有接触。从底面的特征可见，由于衬套的低端没有完全超出 7B04 合金的基体面，导致 7B04 合金耳孔的底面的孔边缘，存在明显的磨损。依据前面的分析，疲劳开裂的裂纹源于底面耳孔的边缘，据此推断，在底面 7B04 合金基体于工件在接触的磨损过程中，形成了磨削裂纹，在服役过程中导致了变化应力作用下的疲劳断裂。图 6耳孔打断后端面和底面形貌分析了 7B04 合金的化学成分，具体结果如表 1所示。从表 1 中可见，合金的成分符合设计要求。测试了断口样品的维氏硬度，硬度均在 166HV，按照HB/Z 215-92 标准换算 7B04 合金版的强度均在 540MPa 以上，满足合金强度大于 530 MPa 的力学性能要求。以上测试结果表明，下接耳基体材料 7B04 合金的成分和性能均满足设计要求，合金成分和力学性能角度与构件的断裂无直接关联。表 17B04 合金化学成分 wt.%元素标准实测Al余量余量Cu1.4/2.01.56Mg1.8/2.82.55Fe0.05/0.250.14Si0.10.054Mn0.2/0.60.27Zn5.0/6.56.14Cr0.1/0.250.13H0.4 ppm0.16 ppm为了避免再次发生疲劳断裂，在耳孔与衬套过盈配合后要检测耳孔底面的边缘是否存在裂纹。从结构上可以采用增加衬套的高度，使衬套的底面高出 7B04 合金耳孔的基体面，避免工件对 7B04 合金基体的摩擦，避免产生磨削裂纹。4主要结论7B04 合金制备飞机襟副翼操纵摇臂固定下接耳的开裂为疲劳断裂，裂纹源于耳孔底面的边缘，可以采用改变衬套结构避免磨削的裂纹的产生，进而避免疲劳断裂。参考文献：1 刘文袆，陈福龙，王耀奇，曲海涛，韩玉杰.温热条件对 7B04 铝合金性能的影响 J.兵工学报，2022，43（S2）：178-182.2 刘文袆，王耀奇，韩玉杰，陈福龙，李志强.二级时效对热冲压固溶 7B04 铝合金组织与性能的影响 J.稀有金属，2022，46（9）：1 146-1 152.3 刘世雷，陈雷，刘洪雷，袁丹丹，臧家吉，张祥斌.7B04 铝合金特殊用途板材的热处理技术研究 J.轻合金加工技术，2022，50（6）：37-40.4 潘冉，黄遐，曾元松.多级断续时效对固溶处理 7B04 铝合金抗剥落腐蚀行为的影响 J.热加工工艺，2022，51（10）：112-117.5 王富强，杨立新，王晓巍，孙捷夫，李东宽，王德勇，车安达.某型机 7B04 铝 合 金 接 头 锻 造 工 艺 优 化J.锻 压 技 术，2021，46（10）：38-43.6 程思梦，林海涛，温庆红，林顺岩，李霜，罗德维.7B04 铝合金锻件探伤缺陷研究 J.铝加工，2021（5）：51-54.7 商百慧，苏艳.7B04 铝合金涂层构件海洋环境损伤行为研究C/.第十一届全国腐蚀与防护大会论文摘要集，2021：287-288.8 王玮，张艳涛，张德军，孙巧妍.时效工艺对 7B05 铝合金型材抗应力腐蚀性能的影响 J.热加工工艺，2021，50（22）：132-135.9 王磊，赵新华，丛家慧，回丽，付强.焊接工艺参数对7B04-T6 铝合金搅拌摩擦点焊接头疲劳性能的影响 J.机械工程材料，2020，44（7）：28-32.10王建.7B04 铝合金超塑变形行为及空洞研究 D.东北大学，2018.11张宁，王耀奇，侯红亮，张艳苓，董晓萌，李志强.7B04 铝合金超塑性变形行为 J.材料工程，2017，45（4）：27-33.（下转第 48 页）4348有色矿冶第 39 卷参考文献：1 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material transportation.In the belt transportation and transferpoint,a lot of dust will be produced,which will affect the health of workers.In this paper,the equipment and component structure ofbelt conveyor transfer point are studied.The dust generation mechanism of belt conveyor transfer point is analyzed to solve the dustpollution problem in the process of belt conveyor.The air flow that causes dust is mainly:induced air flow,shear compression flowand combined induced and shear compression flow.The main influencing factors of dust production are:material moisture content,dust particle size and distribution,belt running speed,chute drop,chute angle and belt component airtightness.Through the dataanalysis of dust collecting air volume at transfer point and various factors,it is concluded that the increase of chute angle and blanking height difference will lead to the increase of dust collecting air volume at transfer point,which is applied to practical engineeringdesign.According to this,the optimized design results of the connecting parts and structure of the transfer point are carried out,which not only solves the problem of dust pollution in the process of belt transportation,but also reduces the investment and operation cost of pollution control.Key words:belt conveyor;transfer point;dust-producing mechanism;influencing factors of dust production;optimal design专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专(上接第 43 页)The Crack Cause Analysis of 7B04 Aluminum Alloy under Fixed LugYU Yan-yan1，ZANG Xu2，SONG Ti-jie1，ZHAO Zheng-xin1，KANG Kai1，LI Hui3，LIU En-ze3*（1.AVIC Shenyang Aircraft Corporation，Shenyang 110850，China；2.The Military Representative Bureau of the Air Force Equipment Department Stationed in the First Military RepresentativeOffice in Shenyang，Shenyang 110850，China；3.The Institute of Metal Research，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China）Abstract:The fracture surface microstructure of the fixed lug of the aircraft flapper aileron control rocker made of 7B04 alloy wasanalyzed using equipment such as optical microscopy,scanning electron microscopy,and microhardness tester.It was found that thecracking of the fixed lug of the aircraft flapper aileron control rocker made of 7B04 alloy was a fatigue fracture,and the crack originated from the edge of the ear hole surface.Key words：aluminum alloy；microstructure；fatigue fracture