飞机起落架支柱固定螺栓环境氢脆断裂研究

装备环境工程

E Q U I P M E N T E N V I R O N M E N T A L E N G I N E E R I N G

第4卷　第6期

　2007年12月

技术专论

飞机起落架支柱固定螺栓环境氢脆断裂研究

傅国如,陈卫东,吕凤军,王洪伟

(北京航空工程技术研究中心,北京100076)

摘要:某飞机起落架缓冲支柱固定螺栓长期使用后断裂。为了确定该螺栓断裂的原因,对断裂螺栓进行了外观检查,断口宏观、微观分析,能谱仪成分分析,金相组织检查、硬度检测以及氢含量测定,结果表明:断裂螺栓的断口具有氢脆断裂特征,其断裂失效性质为环境氢脆断裂;飞机服役期间,螺栓保护不良,致使环境对螺栓造成了腐蚀,腐蚀产生的氢进入螺栓是导致螺栓产生环境氢脆裂纹的根本原因。对螺栓进行保护可有效地避免该类故障的重复发生。

关键词:飞机;螺栓;氢脆断裂;环境;失效分析中图分类号:T G 113.23 文献标识码:A 文章编号:1672-9242(2007)06-0050-04

收稿日期:2007-10-11

作者简介:傅国如(1968-),男,湖南益阳人,博士研究生,高级工程师,主要从事失效分析、腐蚀与防护和飞机日历寿命等方面的研究,曾

获部级以上科技进步奖10项。

S t u d y o f E n v i r o n m e n t a l H y d r o g e nE mb r i t t l e m e n t F r a c t u r e

o f U n d e r c a r r i a g eS u p p o r t F i x a t i o nB o l t

F U

G u o -r u ,C

H E NW e i -d o n g ,L UF e n g -j u n ,W A N GH o n g -w e i

(B e i j i n g A e r o n a u t i c a l T e c h n o l o g y R e s e a r c h e r C e n t e r ,B e i j i n g 100076,C h i n a )

A b s t r a c t :O n e f i x a t i o nb o l t o f u n d e r c a r r i a g e s u p p o r t i n a i r c r a f t f r a c t u r e d a f t e r s e r v i c i n g a l o n g t i m e .T h e a p p e a r a n c e i n s p e c t i o n ,m a c r o a n d m i c r o a n a l y s i s o f f r a c t u r e ,c o m p o s i t i o na n a l y s i s b y E D S ,m i c r o s t r u c t u r e e x a m i n a t i o n ,r i g i d i t y m e a s u r e ,a n dh y d r o g e nc o n -t e n t d e t e r m i n a t i o n w e r e i n v e s t i g a t e d i n o r d e r t o f i n d o u t t h e c a u s e o f f r a c t u r e .I t w a s c o n c l u d e d t h a t t h e f r a c t u r e o f b o l t h a s t h e h y d r o g e n b r i t t l e n e s s a p p e a r a n c e ;i t s f a i l u r e c h a r a c t e r i s e n v i r o n m e n t a l h y d r o g e n b r i t t l e n e s s .I n t h e e n l i s t m e n t o f a i r c r a f t ,t h a t t h e b o l t a b s o r b s t h e h y d r o g e np r o d u c e d b y c o r r o s i o n e n v i r o n m e n t i s t h e m a i n c a u s e o f t h e h y d r o g e n b r i t t l e n e s s f r a c t u r e o f t h eb o l t .

K e yw o r d s :a i r c r a f t ;b o l t ;h y d r o g e nb r i t t l e n e s s ;e n v i r o n m e n t ;f a i l u r e a n a l y s i s

1　基本情况

某飞机在服役检查中发现起落架缓冲支柱8个

固定螺栓中有1个断裂。随后,对同型所有飞机的起落架缓冲支柱固定螺栓进行普查,其它飞机情况良好。

至故障发生时,该飞机已服役了16年,其中D

检后日历时间5年。

断裂螺栓在D 检时为非必换件。D 检时,对该螺栓进行了探伤检查,未见异常,继续装机使用。在机械日、飞行后以及整顿、定检等工作时,维护人员对起落架缓冲支柱固定螺栓等进行外部检查,发现问题及时更换。

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第4卷　第6期 傅国如等:飞机起落架支柱固定螺栓环境氢脆断裂研究

2　外观检查

断裂螺栓如图1所示,

断裂位置在螺纹段的退

图1　断裂螺栓F i g .1　F r a c t u r e db o l t

刀槽处。外观检查,螺栓外露部位及螺帽表面涂覆有银灰色漆保护;光杆段表面有多处锈蚀,螺纹退刀槽一圈及与其相邻的螺帽一周锈蚀严重(如图2所示)

。

图2　螺栓断口全貌

F i g .2　L o wm a g n i f i c a t i o n o f t h eb o l t f r a c t u r e ds u r f a c e

3　断口分析

螺栓断口全貌如图2所示,断口呈轻微浮锈色,整个断口基本齐平,周边大部分区域均为斜断口。低倍观察,断口上断裂棱线特征明显。从断裂棱线收敛的方向可以判断,裂纹起始于退刀槽表面相邻的两处腐蚀坑处(如图2～5所示)。腐蚀坑沿周向长度分别为0.45m m 和0.16m m ,相应的腐蚀深度分别为0.11m m 和0.041m m 。腐蚀坑内龟裂状腐蚀特征明显,并有腐蚀产物(见图5)。X 射线能谱仪成分分析表明,腐蚀元素主要为S (硫)和O (氧)(见图6)。

微观观察,整个断口特征主要为沿晶与韧窝的

图3　断裂源区

F i g .3　T h e f r a c t u r e i n i t i a t i o nz o n e o f t h e b o l t

图4　断裂源区形貌

F i g .4　T h e f r a c t u r e i n i t i a t i o nz o n e o f t h e b o l t

图5　断口源区腐蚀坑形貌

F i g .5　T h e a p p e a r a n c e o f c o r r o s i o n h o l e i nf r a c t u r ei n i t i a t i o n

z o n e

混合特征(如图7所示),沿晶面上有明显的鸡爪痕特征(如图8所示)。断口上二次裂纹特征不明显。斜断口上微观特征为韧窝(如图9所示)。

螺栓断裂位置附近的退刀槽表面锈蚀明显,并有明显的腐蚀产物(如图10所示),X 射线能谱仪

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