Page 86 - 理化检验-物理分册2021年第十期

徐其航, 等: 直升机主桨毂顶盖连接螺栓断裂原因

表1 能谱分析结果( 质量分数)

Tab 1 EDSanal y sisresults massfraction %
元素 C Mn Si Cr Ni Mo Fe
位置1 0.26 0.48 0.35 1.40 3.70 0.39 余量
位置2 0.28 0.46 0.33 1.50 3.63 0.45 余量
位置3 0.26 0.50 0.33 1.54 3.53 0.47 余量
位置4 0.23 0.43 0.34 1.52 3.77 0.45 余量
技术 0.26~ 0.20~ 0.10~ 1.20~ 3.30~ 0.30~
余量
要求 0.33 0.60 0.40 1.50 4.30 0.60 图7 连接螺栓受力示意图

Fi g 7 Schematicdia g ramoftheconnectin g boltunderloadin g

图6 非金属夹杂物形貌

Fi g 6 Mor p holo gy ofnon-metallicinclusions
的夹杂物不大于2级。
1.6 硬度测试
分别选取断裂螺栓上的不同位置作为硬度测试
点, 对螺栓进行洛氏硬度测试, 结果见表2 。由结果
可知, 螺栓的洛氏硬度为 40.54HRC , 比技术要求

( 35~39HRC ) 略高, 不符合技术要求。但其对螺栓
的疲劳寿命影响较小, 这不是造成疲劳断裂的原因。
表2 硬度测试结果 图8 连接螺栓的应力应变云图

Fi g 8 Ne p ho g ramofa stressandb strainoftheconnectin g bolt
Tab 2 Hardnesstestresults HRC
项目 硬度 平均值
2 分析与讨论
测试值 40.01 , 40.38 , 40.31 , 40.24 , 41.77 40.54
技术要求 35~39 连接螺栓断裂于根部倒圆角附近, 呈多源特征,
主源及次源均位于表面, 都为线源特征; 断口可观察
1.7 受力分析 到疲劳弧线特征, 疲劳条带清晰可见。因此, 连接螺
连接螺栓断裂于根部倒圆角附近, 连接螺栓主 栓的断裂为疲劳断裂。衬套断口源区位于内表面,
要受装配预紧力和剪切力作用, 在这两个力的作用 呈现线源结构特征, 断口可观察到放射棱线和多条
下螺栓头还会受到附加弯矩作用, 螺栓受力示意图 疲劳弧线, 疲劳扩展充分。因此, 衬套的断裂也是疲
如图7所示。 劳断裂。根据断口的疲劳特征及故障出现的数量综
采用 Aba q us软件, 建立连接螺栓有限元模型, 合判断, 排除氢脆的可能性。
将螺栓零件进行网格划分, 对螺栓施加侧拉力, 连接 断裂螺栓的各元素含量与技术要求无明显差异,
螺栓的应力应变分析结果如图8所示。可见连接螺 符合技术要求。断裂螺栓的显微组织均匀, 均为回火
栓在主桨毂顶盖连接紧固过程中, 其圆角头根部存 索氏体, 未发现冶金缺陷。断裂螺栓的洛氏硬度均为
在严重 的 应 力 集 中, 该 处 同 时 也 发 生 最 大 的 应 40.54HRC , 比技术要求略高, 不符合技术要求, 但分

变 [ 11 ] 。在循环应力作用下, 连接螺栓圆角头根部发 析认为这不会对螺栓的疲劳断裂产生明显影响。

生了疲劳断裂, 与螺栓实际断裂位置一致。 螺栓断口主源区侧表面可见明显的磨损形貌,
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