Page 92 - 理化检验-物理分册2025年第五期

王 强，等：航空零件典型脆性断裂原因

由于裂纹从弧形痕迹起源，故对该痕迹进行分
析，发现该处存在颗粒物，对痕迹上的颗粒物进行能
谱分析，得到其成分主要为Cr元素，无颗粒物的痕
迹表面则为材料基体元素Fe，表面痕迹处的镀层不
完整和不致密。侧滚轮裂纹源区的微观特征为沿晶
+准解理，呈脆性起源特征，且沿晶晶面可见“鸡爪
痕”状的撕裂棱线形貌，断面上无腐蚀产物，具有典
型的氢脆断口特征；该零件装配后间隔一段时间产
图 7 自锁螺母断口 SEM 形貌
生裂纹，符合氢脆延时开裂的特点，因此其裂纹性质
为氢脆开裂 。
[3]
裂纹产生位置存在弧线痕迹，从形貌上观察该
痕迹应与零件加工过程中的磨削有关，磨削不当可
能使痕迹处产生较大的残余应力，使得后续表面处
理电镀铬的过程中，氢原子在该处聚集，导致最后发
生氢脆开裂，后续通过改进和控制磨削工艺解决了
该问题。
1.3 自锁螺母断裂
图 8 自锁螺母人工打断断口 SEM 形貌
某自锁螺母安装于工作温度达400 ℃的法兰盘 大量的Cd元素，结合自锁螺母安装环境，判断其断
上，材料为30CrMnSiA钢，主要工艺流程如下：材料
裂性质为镉脆，属于低熔点金属致脆。为避免该螺
检验→钳工→磁粉检测→机械加工→热处理→钳工
母再次发生断裂，将其材料选为高温合金GH4169，
→磁粉检测→钳工→表面处理（镀镉钝化） →自锁试
同时表面处理工艺采用镀银的方式，可确保自锁螺
验。该自锁螺母使用一段时间后均出现裂纹，裂纹
母不再发生镉脆。
宏观形貌如图6所示。由图6可知：螺母裂纹均由收
口端起裂，沿螺母轴向扩展，裂纹形态一致。裂纹打 1.4 LD5三通接头开裂
液压系统的三通接头材料为LD5铝合金，其连
开后断口呈银灰色，断面无塑性变形。
接方式为非扩口式，在安装一段时间后，检查发现该
三通接头存在裂纹。三通接头的主要生产工艺流程
为：锻造→热处理→加工→硫酸阳极化。
经过宏观观察，发现裂纹均匀分布在接头螺纹
的端头处，且均已贯穿管壁（见图9）。将裂纹打开，
在扫描电镜下观察断口，可见泥纹状的腐蚀产物，
能谱分析结果显示材料含有O、Cl、S等腐蚀性元
素；在螺纹端头裂纹处截取金相试样，将试样置于
图 6 自锁螺母裂纹宏观形貌 光学显微镜下观察，发现裂纹由端头内表面向外表
将断口置于扫描电镜下观察，结果如图7所示。 面扩展，以沿晶扩展为主，裂纹开口较为明显（见图
由图7可知：整个断口形貌特征基本一致，未见明显 10~11）。裂纹中存在泥纹花样腐蚀产物，具有沿晶
的断裂棱线和起源特征，未见初始裂纹和缺陷，断口 扩展特征，零件材料在含Cl离子的环境中具有应力
均呈脆性沿晶特征，晶面光滑，覆有一层表面膜。对 腐蚀开裂敏感性，同时S元素的存在增大了裂纹沿
断口进行能谱分析，结果显示断口存在大量的Cd元 晶扩展倾向；三通接头安装后受拉应力作用，综合判
素。取与断裂螺母同批次的未装配螺母，人工打断 断三通接头的开裂性质为应力腐蚀开裂，属于环境
螺母，断口呈韧窝形貌特征（见图8），能谱分析结果 介质与应力共同作用下的开裂，Cl元素和S元素同
显示断口材料均为正常元素。 时存在使得应力腐蚀开裂现象加剧。
自锁螺母断口的宏微观特征显示，断裂无塑性 开裂的三通接头通过非扩口形式连接导管，其
特征，微观均呈沿晶形貌，属脆性断裂。断面上存在 在装配过程中发生开裂，装配环境并不恶劣；同时发

80