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鈦合金自鎖螺母裂紋故障分析!

發(fā)布時(shí)間:2022-10-25 16:13:35 丨 瀏覽次數:

       鈦合金本身作為一種新型的合金材料,具有傳統合金材料無(wú)法比擬的優(yōu)越性,用鈦合金制作成自鎖螺母,零件本身的堅固性和連接緊密性非常好,在防止震動(dòng)及其引起的零件松動(dòng)方面性能優(yōu)越,兼具高強度和低密度的特點(diǎn)。因此,鈦合金自鎖螺母備受飛機制造業(yè)和其他高端機器制造業(yè)的青睞,被應用在很多機器的連接處。連接處對于機器設備來(lái)說(shuō),是非常重要的位置,一旦出現問(wèn)題發(fā)生故障,很有可能造成整個(gè)機器無(wú)法使用的嚴重后果。

       面對這種情況,對鈦合金自鎖螺母裂痕故障進(jìn)行分析和研究,提出相應的整改措施,無(wú)論在保護人員設備安全方面還是在促進(jìn)技術(shù)提高方面都具有非常重要的意義。本文就一些出現裂痕的鈦合金自鎖螺母進(jìn)行研究之后,對其形成裂紋的故障進(jìn)行進(jìn)一步的描述和分析。

       (一)鈦合金自鎖螺母裂紋的情況

       為了更好的找出引起故障的可能性,更好的找到對應的解決措施,我們找到一些出現裂紋的鈦合金自鎖螺母,并且對這些出現問(wèn)題的螺母進(jìn)行了標注和檢查,進(jìn)行了模擬實(shí)驗并對實(shí)驗數據進(jìn)行記錄。在實(shí)驗過(guò)程中,我們不僅對出現裂紋的鈦合金自鎖螺母進(jìn)行了仔細的觀(guān)察和記錄還找到了沒(méi)有問(wèn)題的鈦合金自鎖螺母進(jìn)行對比和分析。

     通過(guò)檢查發(fā)現,出現在鈦合金自鎖螺母的裂痕并不是雜亂無(wú)章而是具有一定的規律,裂痕部位并不是很多,集中在短軸的內部表面位置和長(cháng)軸外部表面位置,并且裂痕方向呈縱向發(fā)展。由此可見(jiàn),基本可以排除了突發(fā)意外狀況造成裂痕的情況,需要進(jìn)一步對故障原因進(jìn)行分析。

     結合鈦合金自鎖螺母在我國的主要應用方向來(lái)看,主要是作為航空零部件來(lái)使用,所以對鈦合金自鎖螺母的加工制造質(zhì)量的要求也越來(lái)越高,由于合金材料本身是一種復合材料,使用新型材料做為零部件,在加工制造的過(guò)程中必要的質(zhì)量控制非常重要。

     隨著(zhù)鈦合金制造工藝的發(fā)展和應用領(lǐng)域不斷擴大,對鑄造鈦合金零部件的技術(shù)以及零部件本身的各方面性能要求也有所提高,同時(shí)對于某些特殊行業(yè)和尖端領(lǐng)域中應用的鈦合金自鎖螺母這類(lèi)重點(diǎn)零部件來(lái)說(shuō),其結構復雜程度的加大已經(jīng)日漸明顯,像傳統觀(guān)點(diǎn)的那種認為“所有的變形鈦合金都適合用作鑄造合金”的思想也在逐漸被修正。隨著(zhù)合金使用溫度和工作強度的提高,鈦合金鑄造成自鎖螺母等零部件時(shí),根據使用部位和作用不同還會(huì )添加不同的元素,元素的加入量也相應增加,但同時(shí)必須考慮到合金的鑄造性能、流動(dòng)性凝固區間結晶組織、力學(xué)性能等等,因此只要有一方面的操作不準確或者有疏漏出現,就會(huì )導致鑄造的鈦合金自鎖螺母質(zhì)量發(fā)生問(wèn)題,產(chǎn)生如上圖所示的裂紋現象。結合諸多因素進(jìn)行考慮之后,進(jìn)一步對產(chǎn)生裂紋的原因進(jìn)行分析。

     (一)引起鈦合金自鎖螺母裂紋的因素

     (1)鑄造過(guò)程中的影響因素

     鈦合金自鎖螺母的鑄造仍舊是依靠鈦合金這種新型材料為主體來(lái)進(jìn)行,從材料本身的性能來(lái)看,與很多傳統所知的合金不同的是鈦合金材料具有非常高的化學(xué)活性,所以易與空氣中的N、O、N發(fā)生劇烈化學(xué)反應。不僅如此,鑄造中常用的耐火材料也極其容易和鈦合金材料發(fā)生化學(xué)反應。而鈦合金材料的鑄造過(guò)程中,模具的使用是不可或缺的一個(gè)方面,并且鈦合金自鎖螺母的熔模精鑄要比鋁和鋼等合金材料零件的熔模精鑄難度大得多,需借助特殊手段才能實(shí)現。主要是借助模具經(jīng)過(guò)加壓使其收縮,接下來(lái)在壓扁的基礎上進(jìn)行一定的處理進(jìn)而成型。這個(gè)過(guò)程中模具的選擇對鈦合金自鎖螺母最終定型具有很大影響。

     通過(guò)選擇幾個(gè)不同形狀尺寸的模具來(lái)進(jìn)行試驗,基本可以得出以下幾個(gè)結論:(1)鈦合金材料作為一種可塑性材料,也有著(zhù)自身的臨界點(diǎn),在對鈦合金自鎖螺母進(jìn)行壓扁的過(guò)程中,如果壓扁的程度超過(guò)了材料本身的極限,破壞了材料的可塑性,這種情況下,由于長(cháng)軸和短軸的表面曲率不同,所以在內表面出現了裂痕而外表面并沒(méi)有受影響。

     (2)選擇的模具半徑曲率不同也會(huì )產(chǎn)生影響。使用半徑曲率較小的模具鑄造出來(lái)的鈦合金自鎖螺母長(cháng)軸內表面會(huì )出現嚴重的變形,而且短軸內表面也會(huì )出現裂痕或者不同程度的變形。相反的,當模具的半徑曲率過(guò)大的時(shí)候,鑄造成的鈦合金自鎖螺母雖然長(cháng)軸的外表面完好,但是短軸的內表面會(huì )出現不同程度的開(kāi)裂現象。

     (二)加工過(guò)程中的影響因素

     已經(jīng)成型的鈦合金自鎖螺母還需要進(jìn)一步加工,目前最普遍的加工方式是熱處理制度。通常進(jìn)行進(jìn)一步加工的方法是對材料進(jìn)行壓扁成型,因此擠壓模具在選用上選擇新型耐熱模具的同時(shí)保證加熱爐到擠壓筒的輸送速度也要快,在加熱和擠壓過(guò)程中剛剛鑄造的新鮮的鈦合金自鎖螺母本身作為金屬材料來(lái)說(shuō)易被氣體污染尤其是被氧化污染,所以采用適當的保護措施非常必要。但是通常在進(jìn)行熱處理時(shí),很容易因為控制不當而使金屬的表面受到污染,雖然在熱處理之后要將零件放在真空的環(huán)境下進(jìn)行固溶時(shí)效的處理,但是已經(jīng)存在的表面污染依舊容易發(fā)生氧化,使鈦合金自鎖螺母本身的硬度和可塑性大打折扣。

     (三)使用過(guò)程中的影響因素

     鈦合金自鎖螺母在使用過(guò)程中同樣存在著(zhù)可能引起裂痕的因素。由于這種零件通常是用在連接處或者進(jìn)行加固作用,進(jìn)行安裝時(shí)很容易因為操作不當引起的磨損和損傷,或者進(jìn)行反復多次的拆卸零件等行為,都??對鈦合金自鎖螺母造成不同程度破壞,進(jìn)而降低零件本身的耐磨損度。容易導致開(kāi)裂現象。

     總結:通過(guò)以上分析可以看出來(lái),影響鈦合金自鎖螺母裂痕的因素有很多。每個(gè)因素都不能夠忽視,因此在日后對鈦合金自鎖螺母的鑄造上要選擇尺寸形狀合適的模具,并且嚴格測量模具的曲率半徑,這一點(diǎn)很重要。

     不僅如此,在加工過(guò)程中可以將固溶的步驟提前,這樣可以避免在固溶時(shí)效這一階段螺母表面被氧化腐蝕和污染;在使用鈦合金自鎖螺母的過(guò)程中,技術(shù)人員應當正確安裝,避免對零件的損傷和磨損,同時(shí)要加強對安裝有鈦合金自鎖螺母部位的檢測力度,定期維護,并及時(shí)更換有問(wèn)題的零件。

     由此可見(jiàn),通過(guò)改善技術(shù)水平,加強防范意識等方式,可以有效的預防鈦合金自鎖螺母裂紋,進(jìn)而避免故障的發(fā)生。


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