三种高强铝合金高温组织实时观察研究

2219、2A14、2195铝合金是航天领域常用的三种结构材料,特别是2195合金,因其密度低、比强度和比刚度高等优势在航天的应用越来越广泛。本文基于高温金相实时观测系统,在50 K/min加热速率下对强化态(固溶+时效)下的三种铝合金常温(约25℃)至软化温度(约600~660℃)下微观组织及相组成的变化过程进行了实时观察。结果表明:强化态下的三种铝合金均在高于其固相线的温度下发生了熔化,高温金相视场中的初始熔化位置位于圆形相(含有Al、Cu元素)附近,而块状相(含有Al、Cu、Fe等元素)则最后发生熔化。重新凝固后材料显微硬度降低50%左右,表明基体中的增强相减少;先析α相中Cu含量降低,大部分Cu元素均富集于晶界上形成接近共晶成分的网状富Cu相;未溶块状相熔点较高,重新凝固后被推移到晶界。对三种铝合金分析对比结果表明,2195合金固液温度区间最小,高温下形成的网状富Cu液膜最容易被拉开,因此该材料热裂纹敏感性最大。

喷管堵盖开裂失效分析

喷管堵盖所用材料为高硅氧短切纤维/钡酚醛树脂复合材料,部分堵盖在存储5年后发生开裂。通过失效分析认为,材料中树脂分布不均匀,部分区域树脂含量偏少、呈贫胶状态,造成该区域材料强度相对较低,同时由于堵盖的工艺特点决定其内部会存在一定水平的内应力,随着存储时间的增长,材料的强度下降、脆性增大,当强度降至低于内应力时,堵盖较薄弱区域即发生开裂。

钢板内部缺陷失效分析

采用120mm厚的45^#钢轧制板材经粗加工后进行调质处理,热处理后超声探伤发现钢板厚度方向中部存在缺陷。通过失效分析认为,钢板内部的缺陷为沿变形方向分布的带状组织,部分带状组织中存在沿晶裂纹。形成带状组织及裂纹的机理是原材料钢锭浇铸过程中心部形成枝晶偏析,轧制过程中偏析区被拉长因而形成偏析条带,条带区因富含Mn、S、P等元素形成硬度较高的马氏体组织,调质热处理过程中在组织应力及热应力作用下马氏体条带组织区域发生沿晶脆性开裂。

铝/钢法兰钎焊焊缝开裂失效分析

文摘某管道法兰由镀镍不锈钢管与铝管通过钎焊的方式焊接而成,力学试验过程中钎焊缝部位发生开裂导致泄漏。通过断面形貌观察、能谱及金相分析发现,法兰钎焊焊缝界面处生成了10~20μm厚的Al-Fe金属间化合物层,分析认为焊缝发生开裂的原因是焊接过程中焊缝界面处反应过度生成了较厚的脆性金属间化合物层,焊接接头偏脆因而试验过程中在试验载荷作用下发生脆性开裂。

高温绝热布表面变色失效分析

高温绝热布基体所用材料为聚氨酯,表面涂覆氯磺化聚乙烯清漆防潮,在使用若干年后其表面部分区域颜色发生明显变化。能谱分析及金相分析结果表明,变色区域清漆的喷涂量相对较大,且清漆中含有聚氨酯;红外光谱分析结果表明,变色区域中聚氨酯的N—H键和碳链存在明显的化学反应,导致其含量偏低。综合分析认为,高温绝热布表面发生变色的原因是由于表面清漆喷涂不均匀,清漆富集的区域溶入了较多聚氨酯,后续使用过程中聚氨酯发生化学反应导致该区域呈现较深的颜色。

继电器盒故障分析

在振动试验中继电器盒上的两个螺钉及与之相连的汇流条发生断裂。通过对相关部件的观察与分析认为:故障发生的原因为螺钉表面与绝缘垫的间隙中存在较多的金属多余物,在振动过程中多余物在两绝缘垫之间的空隙内聚集,使加有70余伏电压的汇流条与接地的螺钉之间多次引弧,造成绝缘垫内表面及端面发生大部分碳化,最终使汇流条、螺钉短路,产生大量热量将螺钉及与之相连的汇流条烧断。

环境因素对复合材料力学性能的影响

以3234/G827碳纤维增强复合材料为研究对象,利用正交试验的方法,选定三因素三水平的试验条件对复合材料进行盐水浸泡腐蚀试验.根据所取的3个环境因素即盐水浓度、溶液温度和浸泡时间,确定对复合材料力学性能影响最显著的因素是溶液温度.

影响碳纤维增强树脂基复合材料腐蚀重要环境因素的研究

正交试验对环境因素进行筛选,得出温度是影响复合材料腐蚀的最显著环境因子。通过静态浸渍增重法获取溶液温度及溶液成分对材料吸水率的影响规律。并且对复合材料试样浸渍腐蚀前后的表面微观形貌进行了观察。

30CrMnSiNi2A双头螺栓断裂失效分析

文摘分离装置静力试验后发现连接两个舱体的双头螺栓中有7件发生断裂,螺栓表面进行了达克罗处理。通过失效分析及相关试验综合分析认为,分离装置上7件螺栓的断裂性质均为延迟性脆性断裂,断裂机理为氢脆。导致发生氢脆断裂的原因除螺栓材料及组织具有较高的氢脆敏感性外,主要与静力试验过程中长时间包覆湿泥有关;另外,原材料氢含量控制及达克罗涂层工艺处理虽然有效避免了产品表面处理过程中带来的氢脆隐患,但是若使用环境中存在水及腐蚀性介质Cl、S时,产品在拉应力作用下仍可能发生氢脆延迟断裂而导致严重后果。

铝合金壳体阳极化膜颜色异常分析

铝合金壳体在阳极化处理后表面阳极化膜存在颜色异常(发黑)现象。本文通过对壳体阳极化膜表面及基体形貌观察、金相分析和成分分析对发黑的原因进行了分析。结果表明壳体阳极化膜发黑的原因是由于该区域存在成分偏析(合金含量高),导致该区域的晶粒尺度比正常区域小、耐蚀性比正常区域差,膜层微观结构与正常区域存在差异,膜层内部化合物较多,致使该区域膜层呈现黑色。

C/SiC复合材料螺钉拉伸强度分布模型

C/SiC复合材料螺钉是在高超声速飞行器上应用越来越广泛的一类重要紧固件,但其拉伸性能存在较大散差,分布规律尚不明确,给材料选用和结构设计带来了很大困难。本文采用电子万能试验机对M8、M10、M12三种规格的平头C/SiC复合材料螺钉进行力学性能试验,并分析了拉伸强度的分布规律。在此基础上应用双参数Weibull模型对统计数据进行拟合,并对拟合结果进行了柯尔莫哥洛夫检验。结果表明:C/SiC复合材料螺钉的拉伸性能分布满足双参数Weibull模型,其特征强度β为212 MPa,形状参数α为9.45,可以据此进行复合材料许用强度设计。

风机叶片断裂原因分析

叶片在安装试运行过程中发生断裂,断裂位置位于叶根附近,通过对故障件的观察、测试与分析,确定了叶片发生低周疲劳断裂的原因是由于生产过程中工艺控制不良,叶片根部局部区域树脂固化不完全,导致该区域的强度、刚度极低,当受到疲劳载荷作用时在结构应力集中区域首先发生分层开裂、扩展直至最终失稳断裂。同时指出固化不完全的原因。

聚四氟乙烯软管渗漏原因分析

聚四氟乙烯软管内管在多次使用后发生渗漏。采用体视显微镜和扫描电镜对渗漏软管及复现试验软管进行观察与分析。结果表明:软管内表面存在制造工艺缺陷,在多次使用过程中在较高的油压作用下缺陷处沿厚度方向发生低周疲劳扩展,局部区域形成穿透损伤,导致软管发生渗漏。

2A14铝合金锻环表面裂纹缺陷分析与控制

2A14铝合金锻环经粗加工后发现两处裂纹缺陷。对缺陷处取样并进行了断口形貌观察、能谱分析及金相组织分析,对该锻环生产过程进行了分析。结果表明,锻环的开裂模式为塑性开裂,裂纹源位于次表面,是在冷变形过程中产生的局部开裂,在后期的存放及机加工过程中进一步扩展,形成了宏观裂纹。

法兰开裂原因分析

不锈钢法兰安装到发动机上后在宁波停放5年,检查发现多件法兰表面均存在多条径向裂纹。通过对裂纹及断口形貌观察、金相分析、材料成分检测,分析法兰的断裂原因。结果表明,法兰的开裂模式为应力腐蚀,发生应力腐蚀的原因是由于法兰所用材料牌号与设计要求不符合,用1Cr17Ni7材料代替了304不锈钢,而1Cr17Ni7材料的耐腐蚀及晶间腐蚀性能均比304不锈钢差,同时1Cr17Ni7材料组织存在沿晶分布的网状碳化物,导致其耐晶界腐蚀能力进一步下降。

C/SiC复合材料紧固件拉-拉疲劳行为研究

为了研究C/SiC复合材料紧固件的拉-拉疲劳行为,在疲劳应力比为0.1、加载频率为10 Hz的条件下对不同应力水平的疲劳寿命进行统计。采用断口分析和金相分析方法对C/SiC复合材料螺钉疲劳破坏的细观机制进行了研究。结果表明:C/SiC复合材料螺钉拉-拉疲劳包含拉断疲劳及拉脱疲劳两种失效形式;基于双参数幂指数形式的寿命模型,两种失效形式的疲劳寿命经验公式相似;C/SiC复合材料螺钉的疲劳极限约为拉伸强度的65%~70%,若最大疲劳应力大于0.7σmax,其材料损伤随循环次数增多而明显增大。

GH3044合金堵盖高温氧化机理研究

为了研究固体推进剂燃气对GH3044合金堵盖的作用机理,通过光学显微镜、扫描电镜、硬度测试仪等手段对GH3044合金堵盖的孔洞进行测试与分析。结果显示:在氧化性气氛下,GH3044合金出现了沿晶界的择优氧化,形成了楔形裂纹,在热应力及氧化物长大的膨胀应力作用下发生剥落并最终形成喇叭形的烧蚀孔洞;其中,燃气中的金属氧化物(PbO)沿晶界与基体中的Ni发生氧化还原反应,形成低熔点的Pb-Ni共晶,进一步加剧了GH3044合金的高温氧化。

1Cr18Ni9Ti三通零件酸洗缺陷原因分析

1Cr18Ni9Ti三通零件在酸洗后出现凹坑状及穿透性条状缺陷,本研究对失效零件进行了形貌观察、金相分析、成分分析及酸洗试验。结果表明:缺陷及其附近区域的Cr、Ni元素含量明显偏低,致使缺陷区域的耐腐蚀性能较基体正常区域差,在酸腐蚀介质下,缺陷区域发生优先腐蚀,导致三通零件在酸洗后出现凹坑状及穿透性条状缺陷;"贫Cr-Ni区"为钢棒电渣重熔时,熔入了不含Cr、Ni元素的异金属所致,通过酸洗检查可以有效地预防存在缺陷的三通零件混入使用环节。

冷拉弹簧钢丝卷制断裂原因分析

对冷拉弹簧钢丝卷制过程中发生断裂的原因进行分析,对其卷制工艺性的影响因素进行总结。通过扫描电镜、能谱仪、光学显微镜、显微硬度测试仪、拉伸试验机等设备对多件卷制过程中发生断裂的1Cr18Ni9Ti冷拉弹簧钢丝的断口形貌、微观组织和力学性能进行对比和分析。结果表明:冷拉弹簧钢丝的断裂模式为塑性断裂,断口形貌呈韧窝特征,断裂原因与材料的卷制工艺性有关;钢丝表面机械损伤会提供初始裂纹扩展源区,组织中的氮化物聚集会破坏材料的连续性,材料强度过高会降低材料的塑性余量,该3类缺陷均会加大钢丝的断裂倾向,给钢丝的卷制加工带来不利影响。因此,需要尽量避免材料表面缺陷、组织缺陷以及性能缺陷,以便提高材料的卷制工艺性。

3J53弹簧表面裂纹缺陷原因分析

3J53钢丝在车间缠绕成弹簧并经热处理后发现其表面存在线性缺陷。用扫描电镜对钢丝线性缺陷的形貌进行了分析,对线性缺陷区域进行了能谱分析,并利用金相显微镜观察了线性缺陷的中心部位及其周围区域的金相组织。结果表明:钢丝表面的线性缺陷呈锯齿状,沿钢丝轴向方向,为裂纹型折叠缺陷。折叠缺陷是钢丝在生产过程中形成,在绕簧和热处理过程中,裂纹型折叠缺陷发生扩展和延伸,最终形成线性缺陷。