蒋宪邦　袁春　刘立才　杜传红

摘 要：某型号飞机起落架支臂工作出现早期断裂。通过对支臂进行宏观观察、硬度测试、金相观察和断口形貌观察，结果表明：大应力疲劳是导致飞机起落架支臂工作过程中断裂的主要原因。

关键词：飞机起落架；大应力疲劳；应力集中

中图分类号：V226 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）21-0069-02

Abstract： The supporting arm of landing gear of a certain type of aircraft appears early fracture in operation. Through macroscopical observation， hardness test， metallographic observation and fracture morphology observation， the results show that high stress fatigue is the main cause of fracture in the working process of aircraft landing gear arm.

Keywords： aircraft landing gear； high stress fatigue； stress concentration

1 概述

某型号飞机在起落架疲劳试验中，支臂发生断裂。寿命标准是9000次。在约4100次左右发生断裂。未到设计寿命的一半，故要求做失效分析。

零件材料：30CrMnSiNi2A。制造工艺为：模锻件→机械加工→热处理。

本报告通过宏观观察、硬度测试、金相分析和断口微观分析，确定了零件的开裂性质，并对其开裂原因进行了分析。

2 试验

2.1 断口宏观观察

零件形状见图1，支臂宏观形貌及裂纹位置见图2，裂纹有多个台阶，是多源疲劳[1]。裂纹从一端萌生后向中间扩展，扩展至中心孔时为第1扩展区，此时有效截面减少，应力水平上升，疲劳扩展加快，产生了第2扩展区。在裂纹穿过中心孔以后，有效载荷面积进一步减小，应力水平已达到零件的破坏水平，此时发生瞬时断裂。瞬断区分为2个部分，第一部分向断口外45度方向，然后第二部分和第一部分呈90度，和断口呈负45度是剪切唇形貌。瞬断区挤压痕迹明显，宏观上已被磨平，没有什么断口形貌。

2.2 硬度测试

对断裂试样在6个不同位置进行硬度测试，测试结果见表1。

根据硬度和强度的换算公式[2]，强度符合《中国航空材料手册》中的30CrMnSiNi2A材料热处理状态的要求[3]。

符合设计图纸强度要求。设计要求：σb=1665±100Mpa。

2.3 金相组织分析

在断裂的零件上切取试样检查金相组织。对其表面和中心各位置进行观察。组织为回火马氏体[4]见图3，组织符合设计要求。

2.4 断口微观分析

将断口用超声波清洗后放入扫描电子显微镜进行微观观察。断口形貌为准解理断口[5]，源区未见明显冶金缺陷，没有氧化特征，见图4。扩展区低倍可看到典型的疲劳贝纹线，见图5。

在裂纹快速扩展区放大观察，可以看到，断口呈准解理断裂并有少量塑性特征，见图6。瞬断区大部分已经挤伤，对未挤伤的部位进行观察，发现形貌是韧窝。见图7。

3 分析与讨论

30CrMnSiNi2A是我国航空工业广泛应用的低合金超高强度钢。該钢在30CrMnSiA钢的基础上提高了锰和铬含量，并添加了1.40%-1.80%镍，使其淬透性得到明显提高，改善了钢的韧性和回火稳定性；经热处理后可获得高的强度、塑性和韧性，良好的抗疲劳性能和断裂韧度，低的疲劳裂纹扩展速率。

该钢是我国设计人员喜爱使用的钢种，使用时间长，对其性能非常的了解。

本失效零件材料组织和性能符合设计要求，没有冶金缺陷，可排除工艺和制造原因引起的失效。

本次失效是属于多源疲劳，在没有材料问题和腐蚀问题的情况下可判断是大应力引起的疲劳。要从设计和使用上查找原因。

从失效件上看，零件的裂纹源附近过渡的圆弧较小，易形成应力集中，加工表面较为粗糙，虽不会引起大应力疲劳，但是在正常应力的情况下会减小零件的使用寿命[6]。特别是这种低合金的超高强度钢特别要引起注意。

4 结束语

（1）零件断裂主要是大应力疲劳引起的。（2）零件所用的材料和热处理工艺正常，材料能达到设计使用要求。（3）建议核算零件的应力水平，优化设计。（4）建议加工更加精细，提高疲劳使用寿命。

参考文献：

[1]张磊.超（超）临界机组耐热材料焊接技术问答[M].北京：中国电力出版社，2010，07：38.

[2]韩德伟.金属硬度检测技术手册（第二版）[M].长沙：中南大学出版社，2007：360-366.

[3]《中国航空材料手册》编辑委员会.中国航空材料手册（第1卷）[M].北京：中国标准出版社，2002：204-227.

[4]李恒德.现代材料科学与工程辞典[M].济南：山东科学技术出版社，2001：89.

[5]张栋.失效分析[M].北京：国防工业出版社，2004：111.

[6]黎永索.建筑力学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2014：60.