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液压油箱疲劳断裂失效分析

发表时间：2024-07-10 访问量： 来源：中翔检测 分享:

样品名称：液压油箱……

样品材料：LF21M δ1.8(改装后)

规格型号：J7E-5505-70

样品失效背景信息收集：

样品出油管的锥形件的作用是避免经回油接头流回的液压油涡流影响液压泵吸油的稳定性。因此，锥形件在飞机液压系统工作时不断受到回油冲击力的作用，长期使用过程易造成固定支架疲劳裂纹，样品断裂位置位于卡爪和锥形件，2020年至2023年类似情况19件。

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1.断口宏观检查

样品共有3个断口，其中1#断口位于锥形件上，2#和3#断口位于卡爪上，3个断口均位于焊缝热影响区附近，见图1~图2。三个断口都较平整，未见明显的塑性变形，为脆性断裂。

通过对断口检查，位于锥形件上的1#断口是沿着焊缝热影响区开裂，并且在断口底部出现了二次裂纹，且1#断口旁边的焊缝也在同样位置出现了裂纹和二次裂纹，见图1和图3。

3个断口中，1#断口边缘磨损严重，见图5，且有二次裂纹生成，因此1#断口是该断裂的裂纹源，因锥形件长期经受往返的回油冲击力，所以应为疲劳开裂。

2、断口微观检查（扫描电镜）

分别取1#断口（锥形件）和3#断口（卡片）进行微观检查，检查结果如下：

如图所示，1#断口裂纹源区，因母材LF21M硬度较低，磨损严重，磨损面基本覆盖了该区域的形貌特征，但在局部位置，仍能发现一些疲劳条纹特征。

断口的芯部和终断区，为一些基本上与表面相垂直的撕裂棱，呈脆性断裂特征。

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图5  1#断口裂纹源表面-500X

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图11  3#断口裂纹源表面-500X

3. 化学成分分析

检测失效样品检测化学成分，对其按GB/T 3190-2020《变形铝及铝合金化学成分》中的牌号3A21(LF21)进行判定，检测结果见下表，其元素符合标准的要求。

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4.金相组织检验

检测的1#断口位置的金相组织，由图可知，整个截面基材组织均匀，断口表面和芯部基本一致，未见异常，焊缝及热影响区也未发现明显的焊接缺陷。

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图17 1# 断口表面-100X

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图21  热影响区-500X

5.硬度检测

对断口位置截面进行硬度检测，检测结果表明各区域硬度较均匀，区域之间也未发现异常差异。

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6. 能谱检测

对1#断口位置进行能谱检测，检测结果表明断口未发现应力腐蚀特征。

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7. 失效原因讨论分析

通过化学成分检测可知，样品的化学成分符合标准的要求。

通过金相检测可知，样品断口位置母材金相组织均匀，未发现有异常组织，焊缝区也未发现明显焊接缺陷。

通过硬度检测可知，断口各区域硬度均匀，各区域间的硬度也未发现异常差异。

通过能谱检测可知，断口也未发现应力腐蚀特征。

通过对断口观察，锥形件断口表面磨损严重，且有二次裂纹生成，可知裂纹起源于锥形件，锥形件断口位于焊缝的热影响区，并沿着整个热影响区开裂，而热影响区也正是样品性能薄弱位置。

在整个裂纹源区域均发生了明显的磨损，说明在裂纹扩散过程中，裂纹源不断受到磨压作用，结合样品在工作过程中，锥形件长期受到往返的回油冲击力，可知样品为疲劳断裂。   

8. 结论 

试件的化学成分符合相关技术要求，内部的金相组织和硬度也未见明显异常，断口也未发现应力腐蚀特征。

裂纹属于疲劳开裂，起源于试样锥形件焊缝区域，受工作中长期往返循环的回油冲击力的作用下，在锥形件性能较为薄弱的焊缝热影响区发生开裂，裂纹沿着热影响区扩展，致使锥形件断裂，而同时，卡抓位置在回油冲击力的作用下，也同样在焊缝热影响区附近产生开裂，直到最终断裂。

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