发布时间 : 星期四 文章30CrMnSi Ni2A飞机起落架热处理工艺设计解析 - 图文更新完毕开始阅读
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度到600℃时，细粒状渗碳体聚集粗化。
30CrMnSiNi2A 钢在200~300℃之间有一个较宽的回火温度区可保持力学性能的稳定，主要归因于ε-碳化物的稳定和残余奥氏体的热稳定性较好。在200~300℃之间随回火温度的升高，σ0.2逐渐上升[11]。在钢的屈服强度富裕量不大的情况下，应采用技术条件规定的较高的温度回火。
7.4喷丸强化表面
金属材料的表面缺陷直接影响着它的疲劳寿命。由机械划伤、焊接裂纹、表面脱碳、非金属夹杂物等因素形成的表面类似于裂纹的缺陷以及因加工引起的残余拉应力，在外载荷和环境介质的作用下，表面或近表面易形成裂纹源，由于裂纹的逐步扩展导致零件的破坏。喷丸强化过程就是零件表层发生循环塑性变形的过程。当大量高速弹丸撞击零件表面时，在零件表层产生一均匀的塑性变形区，由于受到来自邻近未塑性变形区的限制，整个塑性变形层受到一压应力，减缓了裂纹扩展速度，起到了强化作用。本研究对30CrMnSiNi2A淬火+回火状态的前起落架外筒和主起落架外筒进行了喷丸强化处理，喷丸强度0.4mm，覆盖率200％。喷丸后从主起落架外筒上截取30×65×15mm3试样，用x射线应力分析经电解抛光逐次去层洗抛掉的各表层应力状态，测得沿层深方向的应力分布曲线，残余应力的测定在x射线应力分析仪上进行。x射线仪参数：阳极Cr-Ka，滤波材料v，管电压30kV，管电流10MA，辐射面积2×4mm2，光阑角度1.48°/1.48°，探测器使用闪烁计数器。用定点计数扫描，sin2α法测量，选择半高度法定峰。用x射线应力仪研究起落架喷丸零件表面残余应力及其分布时，随着喷丸强化工艺参数的提高，零件表面残余应力增大，但到一定值时零件表面残余应力不再增加；零件表面残余应力随着距表面的距离增加而增加，但到某一深度后，表面残余应力随着距表面的距离增加而减小；焊接热影响区距焊缝的距离增加而增加。
7.5 表面真空热处理工艺原理
30CrMnSiNi2A钢真空热处理[12]主要是某工程国产化之前其主体支柱外筒、活塞杆等关键件的热处理，技术要求：强度为（1700±100）Mpa。真空热处理工艺为：600℃预热，真空度13.3~1.33×10-1Pa；900℃奥氏体化，真空度13.3~1.33×10-1Pa；油淬，300℃回火。对某工程主体支柱外筒真空热处理连续15炉统计，结果为：σb＝1660~1740 Mpa；ψ＝49％~55％；δ＝10％~13％；aK＝68~83J（U2夏比冲击）；△HK0.5＝-1~20全部符合相关技术要求。
在30CrMnSiNi2A钢的多年热处理实践中，采用真空油淬时，无论是强度，还是硬度都要高出空气炉油淬。在4Cr13钢以及30CrMnSiNi2A钢的热处理实践中，也发现类似情况。对这一现象分析认为，在真空热处理中，淬火油进行了充分的脱气，整个淬火过程又是在真空状态下进行，零件淬入油的瞬间，淬火油可以与零件所有表面充分接触，能够充分发
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挥零件的淬火性能。而在空气炉油淬时，零件淬入油的瞬间，溶入油中的氧气会在零件表面与淬火油发生反应生成CO2气体，淬火高温阶段，零件整个表面几乎被CO2气膜包围，降低了油的冷却能力，未能充分发挥零件的淬火性能[13]。
8 选择设备、仪表和工夹具
8.1设备
使用设备：井式炉
井式炉特点：1、电炉设有大型通风机装置，提高炉内温度均匀度； 2、电炉分多区控制，进一步提高炉温均匀性； 3、炉膛内带不锈钢导风桶；
4、炉盖启闭采用行车起吊或自动液压开闭机构且带有导向柱，保证炉盖启闭平稳； 5、炉盖与炉体采用耐高温纤维棉制作，炉体保温性能好，节约能源降低生产成本； 6、无污染，环保效益好。
并且炉架和炉壳由型钢和钢板焊接而成，大型井式炉制成分层组装结构。炉壳密封，炉底因承受较大的砌体质量，用槽钢制成骨架。它的炉盖衬常用耐火纤维制作。炉盖的结构根据需要分为整体提升式及对公水平移开等型式。炉盖可人力操作，也可用动力驱动。而炉衬分为全纤维和砖砌两种结构。在全耐火纤维炉衬内为固定电热元件，常预制成一个圆形框架，埋在炉衬砌体中，从框架上再焊接支撑电热元件的杆件，杆件端站套上耐火陶瓷管，悬挂电热元件。砖砌炉衬直接在炉墙上钻孔固定支撑电热元件的杆件。注:可根据用户要求设计、制造各规格非标准电炉。
用途：大型井式炉可供特大型碳钢类机件的回火均温热处理用温度：650℃～1000℃。
8.2设计工夹具
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图8 井式炉工夹具
9 30CrMnSiNi2A钢热处理质量检验项目、内容及要求
9.1 外观及变形检查∶
孔壁表面疲劳裂纹扩展所致。图9a是断口的宏观照片。扫描电镜下可见疲劳裂纹萌生于10孔内壁表面(图9b)，从图中可见A区呈弧形，断面十分明亮、平整；B区颜色较暗，呈月牙状；C区颜色更暗；D区海滩花样多而且典型。高倍下，A区有大量磨损后的韧窝，这些韧窝面积大，深度浅。B区高倍下呈沿晶断特征(图9c)；C区是沿晶和穿晶混合区。有少量疲劳条带(图9d)。
对飞行时间为1500h的飞机要加强对10孔裂纹的探伤检查．尤其是孔壁裂纹，一旦发现可能存在裂纹，必须用铸硅胶法认真检查，并及时采取适当修理措施。
当10孔发现裂纹，从下缘条下面可检查的裂纹深度达2.9ram，飞行时间已达到2870飞行小时的飞机应予停飞。
图9 断口照片
(a)断口的宏观照片(b)白色箭头处的放大照片 (c)B区的沿晶断裂照片(d)C区的沿晶断裂特征和疲劳条带
9.2 硬度检查
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经渗透探伤检验，喷涂层组织致密，无微细裂纹、气孔等缺陷，喷涂层的内在质量满足使用要求。在洛氏硬度机上测定喷涂层的硬度，选抒合适的钢球，将喷涂修复部位平稳放置．施加小负荷，时间控制在10s内，并校正刻度表尺指零位，然后放开操纵杆施加主载荷,15s后卸除主载荷，并读出刻度表的硬度值。经测定，喷涂层硬度为65HRC，满足使用要求。
9.3 金相组织检查
对经过热处理的试样研磨抛光，用体积分数为4％的硝酸酒精侵蚀后，在光学显微镜下对材料组织进行金相分析，如图4所示．从图4中可以看出，该钢的组织主要为板条马氏体，由于30CrMnSiNi2A钢中Ni的质量分数为1.4％～1.8％，Ni对晶粒有细化的作用，因此，马氏体的板条束较细，且具有很高的位错密度。板条束越细的马氏体，对相界面位错运动产生的阻力会越大，马氏体的强度就越高，因此30CrMnSiNi2A钢的准静态强度可以达到1 587 Mpa。此外，马氏体板条内部有大量的弥散析出ε碳化物质点，有利于提高30CrMnSiNi2A刚强度，但晶界上碳化物降低了晶界结合力，在受力时，易在晶界萌生裂纹，并由于晶界结合力的降低，裂纹沿晶面扩展，从而发生沿晶断裂,出现试样在较高应变率和较高冲击载荷情况下发生45度剪切破坏。
图10 30CrMnSiNi2A钢试样的金相照片
断口分析是材料失效分柝的重要手段之一。在JsM一840型扫描电镜上对退火状态30CrMnSiNi2A钢插销试样断口冷裂纹扩展区的断口特征进行了分析，可得出退火状态下的30CrMnSiNi2A钢缺口插销试样的冷裂纹扩展区断口形貌均为沿晶与解理2种形貌，且随着预热温度的提高，断口中的沿晶形貌所占比例减少，解理形貌比例增加，这说明随着预热温度的不断提高，退火状态试验材料焊接接头抗冷裂纹能力不断增强。可以得出：
(1)30CrMnSiNi2A超高强度钢碳当量较高，淬硬倾向也相对较大，焊接接头冷裂纹敏感性较强。
(2)预热是防止冷裂纹的有效措施，随着预热温度的提高，退火状态下30CrMnSiNi2A
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