起落架用A-100鋼熱處理力學(xué)性能質(zhì)量控制研究

賀亞勇，趙　勇

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司 燎原分公司，陜西 漢中 723200)

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起落架用A-100鋼熱處理力學(xué)性能質(zhì)量控制研究

賀亞勇，趙勇

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司 燎原分公司，陜西 漢中 723200)

現(xiàn)代飛機(jī)起落架高壽命、高可靠性的特點(diǎn)促使了各種新材料特別是超高強(qiáng)度鋼、鈦合金等材料在起落架上的廣泛應(yīng)用，其中以A-100等超高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用最為典型。通過(guò)大量的工藝試驗(yàn)及各類數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，研究了奧氏體化時(shí)間和回火保溫時(shí)間對(duì)A-100鋼熱處理后力學(xué)性能的影響。通過(guò)研究可知，不同奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能有一定的影響，但影響效果并不明顯；A-100鋼隨回火時(shí)間的延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度值下降，沖擊和斷裂韌度值上升，并且A-100鋼棒料最終熱處理回火時(shí)間應(yīng)≤5.5h。

起落架；超高強(qiáng)度鋼零件；力學(xué)性能；質(zhì)量控制

國(guó)產(chǎn)A-100鋼自應(yīng)用以來(lái)，因其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和防腐性能，后續(xù)被陸續(xù)采用，現(xiàn)已普遍應(yīng)用；但A-100鋼在起落架上的應(yīng)用仍屬于初級(jí)階段，力學(xué)性能各項(xiàng)指標(biāo)的不穩(wěn)定，在一定程度上影響了該材料的快速推廣。以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，熱后力學(xué)性能合格率為70%，需要通過(guò)最終熱處理參數(shù)的調(diào)整，優(yōu)化材料最終力學(xué)性能。本文主要研究奧氏體化時(shí)間及回火保溫時(shí)間對(duì)A-100鋼熱處理后力學(xué)性能的影響。

1　主要技術(shù)指標(biāo)

A-100鋼的主要技術(shù)指標(biāo)見表1,化學(xué)成分見表2。

表1　A-100鋼主要技術(shù)指標(biāo)

表2　A-100鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))　(%)

2　試驗(yàn)方案的制定

A-100鋼最終力學(xué)性能指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、吸收能量和斷裂韌度。為減小試樣規(guī)格對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，選擇的試驗(yàn)試樣規(guī)格均等同于正常生產(chǎn)中常用規(guī)格，即標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣、夏比U型沖擊試樣和三點(diǎn)彎曲斷裂韌度試樣。試樣規(guī)格如圖1～圖3所示。

圖1　拉力試件

圖2　三點(diǎn)彎曲斷裂韌性試件

圖3　沖擊試件

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定A-100鋼的奧氏體化溫度為885 ℃，冷處理為-73 ℃，回火溫度為482 ℃，均為點(diǎn)值，不可調(diào)節(jié)，故只能從保溫時(shí)間摸索出發(fā)，尋找突破口。以?shī)W氏體化保溫時(shí)間、回火保溫時(shí)間為重點(diǎn)，制定如下方案：1)奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響；2)回火保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)設(shè)備及輔助材料見表3。

表3　試驗(yàn)設(shè)備及輔助材料

3　試驗(yàn)過(guò)程

3.1奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響

為驗(yàn)證不同奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響，分別在60、90和120min等3個(gè)保溫時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。

熱處理制度：885 ℃，分別保溫60、90和120min，油淬+冷處理-73 ℃，75min+回火482 ℃，保溫5h。

熱處理后試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。繪制曲線如4和圖5所示。

表4　不同奧氏體化保溫時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4數(shù)據(jù)表明，不同奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能有一定的影響，雖然影響效果并不明顯，但仍然呈現(xiàn)出一定的關(guān)系。從圖4和圖5可以看出，強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)；沖擊值、斷裂韌度隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)略呈上升趨勢(shì)，但因其數(shù)據(jù)離散度較大，上升趨勢(shì)不明顯。

圖4　不同奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響

圖5　不同奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)沖擊和斷裂韌度的影響

3.2回火保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響

3.2.1A-100鋼棒料回火保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響

為驗(yàn)證不同回火保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響，分別在5、6、7、8、9和10h共6個(gè)不同保溫時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

熱處理制度：885 ℃，保溫90min，油淬+冷處理-73 ℃，75min+回火482 ℃，分別保溫5、6、7、8、9和10h。

熱處理后試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5, 曲線如圖6和圖7所示。因數(shù)據(jù)量較大，在圖中全部顯示較為困難，故以其平均值進(jìn)行繪制。

表5　不同回火保溫時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)(棒料)

圖6　不同回火保溫時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響

圖7　不同回火保溫時(shí)間對(duì)沖擊和斷裂韌度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，試樣經(jīng)6h回火后，抗拉強(qiáng)度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。沖擊值和斷裂韌度符合要求。從圖6和圖7中曲線可以看出，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷裂韌度受回火保溫時(shí)間的影響較大， 具體為： 1) 隨回火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度明顯下降；2) 斷裂韌度值隨回火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，呈明顯上升趨勢(shì)；3) 沖擊值受回火保溫時(shí)間影響較小。

通過(guò)上述分析可知，A-100鋼棒料最終熱處理回火時(shí)間應(yīng)≤5.5h。

針對(duì)試驗(yàn)中，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的回火保溫時(shí)間(5～8h)內(nèi)，出現(xiàn)了抗拉強(qiáng)度<1 930MPa，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和原材料進(jìn)行了分析。經(jīng)對(duì)原材料化學(xué)成分和力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)結(jié)果檢查表明，化學(xué)成分和力學(xué)性能合格，但抗拉強(qiáng)度偏低。

3.2.2A-100鋼鍛件回火保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響

因A-100鋼棒料在規(guī)范規(guī)定的回火保溫時(shí)間(5～8h)內(nèi)出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度不合格，故不能全面的反映合格強(qiáng)度范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)；所以，用鍛件余料加工8件各種規(guī)格試件，并分別在5、6、7和8h等4個(gè)保溫時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

熱處理制度：885 ℃，保溫90min，油淬+冷處理-73 ℃，75min+回火482 ℃，分別保溫5、6、7和8h。

熱處理后試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6，曲線如圖8和圖9所示。

表6　不同回火保溫時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)(鍛件)

圖8　不同回火保溫時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響

圖9　不同回火保溫時(shí)間對(duì)沖擊和斷裂韌度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，試樣回火時(shí)間為5～8h，力學(xué)性能均合格。從圖6和圖7曲線可以看出，隨回火時(shí)間的延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降，吸收能量和斷裂韌度上升。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)大量的工藝試驗(yàn)及各類數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，尋找到影響A-100鋼的關(guān)鍵因數(shù)；摸索出熱處理參數(shù)對(duì)最終力學(xué)性能的影響趨勢(shì)，通過(guò)優(yōu)化最終熱處理工藝參數(shù)和補(bǔ)充回火等措施的采取，保證了產(chǎn)品合格率達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。通過(guò)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：1)不同奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能有一定的影響，但影響效果并不明顯；2)A-100鋼隨回火時(shí)間的延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降，吸收能量和斷裂韌度上升；3)A-100鋼棒料最終熱處理回火時(shí)間應(yīng)≤5.5h。

責(zé)任編輯馬彤

ResearchonQualityControloftheAircraftLandingGearA-100HeatTreatment

HEYayong,ZHAOYong

(LiaoyuanBranch,AVICAircraftLandingGearCo.,Ltd.,Hanzhong723200,China)

Modernlanding-gearofaircrafthasthecharacteristicofhighlifeandhighreliability,whichmakeseachnewmaterial,especiallyultrahighstrengthsteelsandtitaniumalloy,iswidelyusedinthelanding-gear,andtheA-100ultrahighstrengthsteelsarerepresentative.Throughthesystemicanalysisofamountofprocesstestsandallkindsofdata,austenizingtimeandtemperingandholdingtimehavesomeeffectonmechanicalpropertiesofA-100steelaftertheheattreatment.Bystudyingtheknown,differentaustenitizingandholdingtimehavetheeffect,butnotevident.TensionstrengthandyieldstrengthvaluesofA-100steelwillgodownwiththeprolongingtemperingtime,instead,impactandfracturetoughnessvalueswillgoup.AndtemperingtimeofA-100steelbarshallbenomorethan5.5h.

Landing-gear，partsmadeofultrahighstrengthsteels，mechanicalcapability，qualitycontrol

TG688

A

賀亞勇(1983-)，男，工程師，主要從事飛機(jī)起落架生產(chǎn)過(guò)程中熱處理工藝的應(yīng)用和研究工作。

2015-12-25