Page 93 - 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

跟环境介质共同作用有关；若为脆性，说明零件自身
已脆化，需复查该零件的制造流程，特别是热加工环
节，以确定脆化的来源。
对于环境介质作用下的脆性断裂，未必能快速、
准确确定其发生原因，液态金属致脆较易判断，如案
例中的自锁螺母使用环境温度达到400 ℃以上，表
面镀层却选择低熔点的镉层，使用中镀层熔化为液
态，并渗入零件基体，使螺母脆化并在工作应力下开
图 9 三通接头宏观形貌
裂，属于典型的设计选材不当。而氢脆和应力腐蚀
开裂的影响因素复杂，零件发生氢脆或应力腐蚀开
裂的前提是所用材料具有敏感性，一般高强度钢都
具有氢脆敏感性。材料在某些环境下具有应力腐蚀
敏感性，进而发生应力腐蚀。在该前提下，高强度钢
零件在制造过程中，表面处理（电镀）时发生氢的渗
入，若后续除氢不彻底，材料会在持久拉应力作用下
发生氢脆开裂，因为氢脆一般跟表面处理电镀有关。
氢脆发生的绝大部分原因是零件的批次性问题，往
图 10 断口上泥纹状花样 SEM 形貌
往涉及较多的零件，其防范措施采用过程控制，通过
随槽试样的氢脆试验来保证零件质量。开展氢脆失
效分析时，如果氢脆起源位置存在裂纹、折叠、机械
加工损伤、冶金缺陷等，这些缺陷就会破坏零件的连
续性，使零件产生应力集中，表面除氢后，残余氢原
子在应力作用下在缺陷处聚集，最后在持久应力的
作用下，材料发生氢脆破坏，案例中的侧滚轮氢脆开
裂就属于这种情况。侧滚轮氢脆跟起源位置镀层不
图 11 三通接头沿晶裂纹 SEM 形貌 完整、不致密有关，为此排查库存的该批零件，均未
现采用扩口式连接的三通接头均未出现应力腐蚀开 发现该形貌，模拟装配后摆放超过200 h也无零件发
裂，两种连接方式的螺纹受力状态不同，所以该三通 生开裂，同时已装配的6件零件只有1件开裂，参考
接头的应力腐蚀开裂原因主要跟应力有关，后续改 ASTM F519《镀/涂工艺与服役环境的氢脆力学性
进措施为将三通接头的连接方式改为扩口。 能评估标准试验方法》，零件往往在装配使用后较短
时间内就会发生氢脆开裂，而已装配的零件约半年
2 综合分析
都未失效，这些信息综合表明侧滚轮氢脆属于个性
（1）上述分析结果中的回火脆、氢脆、镉脆和应 案例。此外，氢脆还跟受力有关，不正常的受力状态
力腐蚀都属于脆性断裂失效范畴 ，其常见断口特 和载荷会促进氢脆的发生 。
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征为沿晶。若断口处无塑性变形，则不能直接判断 高强度铝合金锻件发生应力腐蚀破坏较为常
一定为脆性断裂，因为可能为疲劳断裂。 见 ，应力腐蚀开裂原因分析的难点主要是确定是
[6]
（2）零件发生脆性断裂与多种因素有关，包括 应力因素还是环境因素，一般要结合失效件发生失
材料自身特点和环境等因素，如上述案例中的回火 效的时间、使用环境、受力状态和表面处理工艺进行
脆属于前者，而镉脆（液态金属致脆）、氢脆、应力腐 综合判断，对于使用时间较短就发生失效的零件，应
蚀开裂则属于后者，如何辨别具体属于哪种断裂性 力的影响可能性较大。但在外场零件应力腐蚀开裂
质，首先应从断口形貌、断面是否存在腐蚀性花样、 分析中，有的是表面防护层受到破坏，使得基体裸露
产物和表面镀层成分来判断，而更直接的方法是人 在含有敏感介质的环境中，进而造成应力腐蚀破坏，
工打断获取断口，观察其断口特征是韧性还是脆性。 这可能是装配过程中表面防护层破坏或后期使用维
若为韧性，则说明脆性断裂跟材料无直接关系，而是 护造成的，可采取装配后再涂防腐涂料的方式（湿装

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