Page 78 - 理化检验-物理分册2022年第三期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202203018

TC4 钛合金高锁螺栓发生异常双剪断裂原因

许永春,周 杰,沈 鹏,孙晓军,张钦莹,朱鹏飞

( 河南航天精工制造有限公司 河南省紧固连接技术重点实验室,信阳 464000 )
摘 要: 某 TC4 钛合金高锁螺栓在双剪试验过程中发生异常断裂。采用宏观观察、 显微组织观
察、 断口分析和双剪试验, 分析了该高锁螺栓发生异常双剪断裂的原因。结果表明: 在该高锁螺栓
的热处理过程中, 其在真空炉中未被及时取出, 使螺栓在炉中长时间保温, 形成较厚的表面污染层
和显微裂纹; 通过分析高锁螺栓的加工工艺可知, 在热处理后的精车工序中, 加工余量较小, 导致螺
栓表面污染层未被完全去除, 在双剪试验过程中受弯矩作用, 显微裂纹沿着脆而硬的表面污染层快
速扩展, 直至螺栓断裂。

关键词: TC4 钛合金;高锁螺栓;双剪;断裂;表面污染;显微裂纹

中图分类号: TG115 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2022 ) 03-0066-04

CausesofabnormaldoubleshearfractureofTC4titaniumallo yhi g h-lockbolt

XUYon g chun , ZHOUJie , SHENPen g SUNXiao j un , ZHANGQ in y in g ZHUPen g fei
,
,

( HenanKe yLaborator yofFastenin gConnectionTechnol gy , HenanAeros p acePrecisionManufacturin g

Co. , Ltd. , Xin y an g464000 , China )

Abstract : A TC4titanium allo yhi g h-lock bolt wasabnormall yfractureddurin gthedoublesheartest.

Throu g hmacrosco p icobservation , microstructureobservation , fractureanal y sisanddoublesheartest , thereasons

fortheabnormaldoubleshearfractureofhi g h-lockboltwereanal y zed.Theresultsshowedthatdurin gtheheat

treatment p rocessofhi g h-lockbolt , the ywerenottakenoutintimeinthevacuumfurnace , sothattheboltwere

ke p twarminthefurnaceforalon gtime , resultin ginathickersurfacecontaminationla y erand microcracks.It

couldbeseenfromthe p rocessin g technolo gy ofhi g h-lockboltthatinthefinishin gp rocessafterheattreatment , the

smallmachinin gallowanceledtoincom p leteremovaloftheboltsurfacecontaminationla y er.Durin gdoubleshear

test , themicrocrackss p readedra p idl yalon gthebrittleandhard , surfacecontaminationla y erundertheactionof

bendin gmomentuntiltheboltfractured.

Ke y words : TC4titaniumallo y ; hi g h-lockbolt ; doubleshear ; fracture ; surfacecontamination ; microcrack

TC4 钛合金是一种 α+ β 双相钛合金, 含 6% 劳、 氢含量、 显微组织等 [ 5 ] , 双剪力按 GJB715.26A
( 质量分数) 的 α相稳定元素铝和 4% ( 质量分数) 的 -2008 《 紧固件试验方法 双剪》 标准要求, 在螺栓光

相稳定元素钒, 具有优良的耐蚀性、 较小的密度和 杆部位进行检测。

β
高比强度, 综合性能优异, 广泛用于航空航天紧固件 某批次 MJ6 规格 TC4 钛合金高锁螺栓的加工
工艺流程为下料 → 镦头 → 热处理 → 喷砂 → 精车 → 滚
( 螺栓、 螺 钉 及 螺 母) 等 的 制 造, 相 当 于 美 国 的 Ti-
6Al-4V 钛合金 [ 1-4 ] 。 TC4 钛合金紧固件经固溶 + 时 R→ 滚丝 → 表面处理 → 终检 → 入库。在终检的双剪

效处理后, 其抗拉强度可达 1100MPa以 上, 剪切 试验过程中共剪切 5 件高锁螺栓, 其中有 1 件高锁

强度达 670MPa以上。为了检验 TC4 钛合金高锁 螺栓发生异常断裂。正常双剪断裂高锁螺栓的双剪

螺栓的综合性能, 通常分析其破坏拉力、 双剪力、 疲 力为 41.03kN , 异常双剪断裂高锁螺栓的双剪力仅
为 18.34kN 。笔者对异常断裂件进行一系列检验

收稿日期: 2021-04-22 与分析, 找出其异常双剪断裂的原因, 以期提升高锁
作者简介: 许永春( 1982- ), 男, 高级工程师, 主要从事航空航天
螺栓的质量。
紧固件检测技术研究和失效分析工作, xu y c1120@163.com
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