前起落架活塞桿劃傷失效分析

李瑤 糾永軍 王志宏 李波 陳雷波 李瑋 歐陽(yáng)成龍

1.中航飛機(jī)股份有限公司 陜西西安 710089

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某型飛機(jī)在交付時(shí)發(fā)現(xiàn)前起落架活塞桿全伸狀態(tài)下有多處劃傷痕跡。對(duì)起落架組件進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)組件中有兩類多余物，一類為顆粒狀，另一類為粉末狀。起落架系統(tǒng)中活塞桿經(jīng)過(guò)鍍鉻處理，與活塞桿組合的其他組件經(jīng)過(guò)的冶金工藝主要有吹沙、焊接、噴丸。對(duì)多余物進(jìn)行宏觀、微觀觀察、能譜成分分析、金相檢查和顯微硬度檢查分析，針對(duì)加工工藝中可能帶來(lái)的多余物與現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的多余物進(jìn)行對(duì)比分析[1]，最終確認(rèn)落架活塞桿多處劃傷的原因，以及多余物的性質(zhì)

1 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

1.1 宏觀觀察

對(duì)活塞桿宏觀觀察，活塞桿劃傷痕跡圓鈍且深度均勻。

分解前起落架，發(fā)現(xiàn)活塞桿鍍鉻表面逆航向后側(cè)約45o 位置上，自緩沖支柱外筒下部軸套螺母內(nèi)部沿地面方向延伸出較明顯的軸向劃痕，在軸套螺母內(nèi)仍有向上延伸，且沿周向右側(cè)傾斜延伸痕跡的劃痕，如圖1 所示。

系統(tǒng)零件中壓環(huán)內(nèi)表面有多處劃痕和點(diǎn)狀壓痕。對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行清潔清理后，發(fā)現(xiàn)兩類多余物，一類為圓形顆粒物的外觀與壓環(huán)內(nèi)顆粒物形貌相似，部分為不完整圓球狀或餅狀，表面平滑，顏色呈暗灰色，被壓入內(nèi)表面且較多細(xì)小顆粒狀多余物，如圖2 所示。另一類為黑色粉末狀多余物。如圖3 所示。

1.2 微觀觀察

通過(guò)掃描電鏡對(duì)顆粒狀多余物的斷面進(jìn)行微觀觀察。如圖4 所示。顆粒狀多余物部分表面平滑，有擠壓痕跡部分表面粗糙。進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)斷口為韌窩特征，呈暗灰色[2]，如圖5 所示。

1.3 能譜成分分析

分別對(duì)顆粒狀多余物、粉末狀多余物和壓環(huán)壓入顆粒物進(jìn)行能譜成分分析，同時(shí)對(duì)各個(gè)多余物清洗前和清洗后成分進(jìn)行能譜分析對(duì)比，顆粒狀多余物為1 #，壓入顆粒物為2 #，粉末狀多余物為3 #，如表1 所示。

表1 能譜成分總匯表（Wt%）

1.4 金相檢查

對(duì)多余物顆粒進(jìn)行金相檢查：分別在腐蝕前和腐蝕后對(duì)其進(jìn)行顯微組織分析，如圖6 所示。

圖6（a）為腐蝕前多顆粒狀余物亞表面有疏松，內(nèi)部有較大尺寸的疏松缺陷；圖6（b）為腐蝕后顆粒狀余物組織形貌。

1.5 顯微硬度

對(duì)多余物顆粒基體進(jìn)行維氏顯微硬度測(cè)試，測(cè)試條件：F（壓下量）=500Kg，保壓時(shí)間S=12S。測(cè)試結(jié)果，多余物平均硬度為678HV。

2 結(jié)果分析

通過(guò)宏觀觀察發(fā)現(xiàn)，活塞桿劃傷痕跡圓鈍且深度均勻，屬于較硬顆粒物造成。顆粒多余物較硬，其平均硬度為678HV，對(duì)顆粒多余物斷面進(jìn)行微觀觀察，斷口面呈韌窩狀，且表面有擠壓痕跡，表明多余物在系統(tǒng)中與各個(gè)組件相互擠壓，在擠壓下發(fā)生破裂。

結(jié)合前起落架各個(gè)組件工藝檢查與分析，組件中可能引入多余物的工藝流程有吹沙、焊接和噴丸。對(duì)起落架組件中的顆粒狀多余物和壓入壓環(huán)顆粒與噴丸工藝中鑄鋼彈丸對(duì)比分析，噴丸工藝中鑄鋼彈丸，與顆粒狀多余物形貌相似，其表面呈暗灰色，外形為圓球狀，表面光滑，如圖7 所示。

通過(guò)能譜分析，粉末狀多余物的成分含有C、O、Al、Si、S、Cr、Mn、Fe、Cu 元素，以上元素均在前起落架系統(tǒng)零件的成分中含有，說(shuō)明粉末狀多余物為零件劃傷產(chǎn)物。

起落架系統(tǒng)零件的吹沙工藝采用SiO2 吹沙，在能譜分析中，多余物Si 含量不高；另外，焊接工藝中，焊料為HTG-1，與多余物成分不符合，所以，排除多余物與上述兩類工藝的關(guān)系。

對(duì)鑄鋼彈丸進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)其主要含C 元素8．33%，F(xiàn)e元素82．70% 與清洗后的顆粒狀多余物元素相同，含量相近；對(duì)鑄鋼彈丸與顆粒狀多余物進(jìn)行金相組織對(duì)比，如圖8 所示。

腐蝕前鑄鋼彈丸內(nèi)部有疏松缺陷，腐蝕后組織和多余物顆粒組織相似。在相同條件下對(duì)鑄鋼彈丸進(jìn)行顯微硬度試驗(yàn)，其平均硬度為696HV，與顆粒狀多余物硬度基本一致。

由于起落架系統(tǒng)零件在噴丸時(shí)的保護(hù)和噴丸后的清理不當(dāng)，使經(jīng)噴丸處理后的起落架系統(tǒng)零件上殘留有鑄鋼彈丸，起落架系統(tǒng)在工作過(guò)程中，殘留的鑄鋼彈丸在系統(tǒng)中與各個(gè)組件相互擠壓，造成活塞桿劃傷，并在擠壓下發(fā)生破裂，造成顆粒狀和粉末狀多余物。

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)綜合分析，活塞桿表面劃傷為鑄鋼彈丸造成。前起落架系統(tǒng)中的多余物為噴丸工藝中的鑄鋼彈丸，在噴丸工藝中，保護(hù)與清理措施不當(dāng)[3]，造成鑄鋼彈丸進(jìn)入前起落架系統(tǒng)。在工作過(guò)程中組件之間相互擠壓，活塞桿被殘留鑄鋼彈丸劃傷。

3 結(jié)論與改進(jìn)措施

①前起落架活塞桿為噴丸工藝中殘留的鑄鋼彈丸劃傷。②應(yīng)加強(qiáng)噴丸工藝控制，防止鑄鋼彈丸進(jìn)入組件內(nèi)部，劃傷各個(gè)零件。③起落架系統(tǒng)零件經(jīng)噴丸后要進(jìn)行仔細(xì)清理，防止部分鑄鋼彈丸殘留在起落架系統(tǒng)內(nèi)。④建議今后加強(qiáng)關(guān)于多余物控制，在起落架系統(tǒng)零件的噴丸工藝中，增加噴丸保護(hù)與清理措施。