小议航空工业医院的发展对策范文

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1氢含量的影响

氢致延迟断裂多发生在高强度钢和α＋β钛合金中，当其中含有适量的固溶状态的氢时，在低于屈服强度的应力作用下经过一定时间后会突然脆断。断裂寿命与所加应力水平有关，应力越低断裂寿命越长，当应力低于某一数值时，试样则不断裂。试样不断裂的最大应力或应力因子称为氢脆门槛值。试样的含氢量不同、缺口形状不同乃至试样的组织不同均会影响曲线的形状，试样的含氢量越低，其氢脆门槛值就越高。应力诱发氢致延迟断裂属于低应力脆断，由于与氢的扩散和聚集有关，它无征兆且具有突发性。朱铭德等［10］在高强度钛合金螺栓断裂失效分析中认为钛合金在冶炼完成后氢含量应该是较低的，但经了解钢厂在此批钛棒材料校直退火时，所用热处理加热炉中存在还原性气氛而使钛棒渗氢，入厂检验时氢含量超标达0．019％，后来虽经真空退火除氢，但由于棒材的表面情况和在炉中堆放的位置，除氢处理后在此批棒材中还可能存在除氢结果的不均匀。此钛合金基本组成相是α＋β又属高强度的钛合金，氢在β相中的溶解度比在α相中的溶解度大，随着时间的推移，氢向该螺纹应力集中处扩散并聚集，在低于屈服强度的低应力作用下往往会在螺栓应力集中处产生氢脆裂纹，并不断地扩展，最终发生低应力脆性断裂，因此原始棒料氢含量过高是螺栓发生断裂的原因，在棒材进入制造工序之前应注重氢含量的检测。

2加工过程的影响

钛合金高锁螺栓主要制造工艺路线为：头部镦锻—固溶时效处理—螺纹滚压—机械加工—表面涂覆—性能试验。制造工艺过程十分复杂，过程中影响螺栓使用性能的因素较多。航空航天工业中使用的钛合金紧固件，一般采用TC4、TC16等钛合金线材，由于该钛合金冷成性能差，不能进行常温镦锻成型头部，镦锻采用热镦成型，热镦温度的选择与镦锻过程的变形对钛合金内部组织的变化有着重要影响［11］。研究表明［7］采用局部加热镦锻成型头部，当加热温度过高时，在螺栓纵截面内引起金相组织变化，如图3所示，在局部加热镦锻成型头部的过程中，螺栓纵截面上的3个位置相比，位置1加热温度最高，组织内部α相呈粗大棒状形态，位置2加热温度次之，内部α相呈现针状，位置3由于远离局部加热区域，加热温度最低，内部组织没有发生改变，α相仍然保持为等轴状，正是由于不恰当的局部加热温度，导致在螺栓杆部产生组织的改变，当螺栓承受载荷时，容易发生断裂，并且断裂位置位于头部与杆部交接位置。北京航空材料研究院吴崇周［13］在热镦对TC16钛合金组织和性能的影响的研究中发现，在热镦头产生剧烈变形的同时，还会产生变形热，变形热会使钛合金螺栓局部温度有一定程度的升高。TC16合金的相变点为860℃，在650℃、700℃、750℃热镦时，由于热镦温度低于相变点较多，热镦时的局部温升不能使合金温度超过相变点，组织中没有出现超过相变点的β晶粒和晶界α；但在800℃、850℃热镦时，由于热镦温度接近于相变点，热镦时的局部温升就可以使合金温度超过相变，发生了β转变［14］，以此估计变形热使螺栓头部的温度升高约60℃。当镦制温度比较高时，热镦时的局部升温使组织发生转变，等轴组织转变为网篮组织，这是在热镦过程中应该注意的问题。镦制过程还应注意头部的变形程度，相关研究表明，工件有可能因变形量过大而导致内部晶界开裂，这种开裂所形成的缺陷会在后续加工过程中进一步扩大，并逐渐与轴线方向一致，带有这种缺陷的螺栓甚至在装配过程中以沿晶断裂的方式发生轴向开裂。任翀等［15］报道了采用全面磨削技术、螺纹短收尾成型技术、自动涂覆技术等已成功解决轻型高锁螺栓国产化加工。

3热处理过程的影响

在工程实践中，紧固件产品都有强度级别或硬度要求，紧固件热处理过程是影响产品质量的重要因素之一，钛合金高锁紧固件在热处理过程中容易产生热处理变形、内应力、氧化与脱碳等问题。对于热处理变形问题［16］，工程实践中存在认识不足的问题，事实上，产品热处理时，由于受热应力与组织应力的作用，产生变形是绝对的，不同规格的钛合金紧固件热处理后变形量不同，一般来说，形状复杂、细长比大、孔径大的零件变形较大，目前先进的热处理方法只能减小变形，不可能消除热处理变形。为减小变形可采取的措施有：（1）尽量将热处理安排在毛坯（冷、热镦后）或留有余量的半成品状态进行；（2）由于细长比过大的螺栓热处理后容易产生弯曲变形，加工过程中应留有足够的余量。一般而言，钛合金紧固件存在内应力是有百害而无一益的，内应力的存在不仅破坏高精度零件的尺寸精度的稳定性，同时较大的内应力容易诱发氢脆，降低钛合金紧固件的可靠性，缩短其疲劳寿命。因此消除内应力是应重点注意的问题。钛合金紧固件热处理过程应避免产生氧、氢、氮等污染，特别是氧的污染，在热处理过程中，固溶加热基本可以满足高真空的要求，但冷却过程是在含氧的水中进行，因此存在氧的污染，此时污染层并不深，但在其后的时效过程中，污染层可能继续向内发展。赵爱国等［17］在TC16钛合金自锁螺母裂纹故障分析中发现，固溶处理中收口端内外表面产生脆性氧污染层，造成该处塑性严重下降，固溶处理后的收口工序过程中，由于紧固件受到收口力的作用，导致裂纹产生；同时提出严格控制固溶处理时的环境气氛或合理调整制造工序可有效预防此类故障。

4头部金属流线的影响

工件头部金属流线没有急剧的弯曲和折叠，保持连续，可以有效消除应力集中。如果存在折叠、断层流线、较粗糙表面等，工件会因应力集中而在这些部位产生疲劳裂纹，尤其是在头部与杆部过渡处，若存在折叠现象，所镦制的螺栓将成为不合格品。工程实践证明，产生折叠的原因有：（1）预镦时材料已经向一侧发生纵向弯曲，预镦变形已经显示出纤维向一个方向折叠，而这个折叠在随后的精镦时继续受挤压，形成折叠缺陷。（2）预镦变形量过小，终镦变形量过大大，在工件头部形成纤维折叠。（3）预镦时头部发生轻微环状屈曲，最后在工件头部形成一个环状。为避免头部金属流线对产品性能的影响，应加强对预镦过程的控制，正确设计预镦形状。

5装配过程及其他因素的影响

装配过程中钛合金螺栓光杆损伤也是诱发断裂的重要因素之一，庞小超等［18］研究发现光杆损伤诱发断裂的特征是断口起源于螺栓光杆部分的磨损区域，且在螺栓源区侧面（光杆部分的磨损区域）存在微裂纹，对同批次装机的钛合金螺栓光杆部位的痕迹进行了检查，均为磨损痕迹。其磨损特征与断裂螺栓的特征相似，均为螺栓光杆部分一侧磨损，其斜对侧也存在相应的磨痕。结合连接结构和装配生产时的流程，螺栓与连接副不是垂直接触，而是呈一定角度，这正与螺栓断裂的源区位置相吻合。另外，由于螺栓与连接副并不是垂直接触，而是呈一定的角度，使得螺栓实际承受的载荷加大，且连接副的孔边没有倒角，使得螺栓光杆部位与孔边接触位置的磨损加剧，破坏了钛合金螺栓表面完整性，从而在磨损严重位置萌生疲劳裂纹。因此在加工制造中应重视钛合金螺栓的表面处理，加强润滑涂层［19］的质量检测，增强涂层的耐磨性，实现螺栓反复拆卸。在装配过程中，应尽量避免在零件表面产生机械损伤［20，21］，正确安装螺栓与连接副，减少螺栓光杆部位与连接副孔边接触位置的磨损，同时加强对螺栓光杆部位的磨损的检测，一旦发现钛合金螺栓表面完整性发生破坏，应及时更换。

结语

（1）钛合金高锁螺栓在使用过程中受到剪切力、复合拉伸应力的共同作用，疲劳条带的存在是断口最重要的特征，疲劳断裂形式多数为疲劳损伤与应力腐蚀。（2）在钛合金高锁紧固件生产制造过程中，应加强原材料氢含量的检验和镦制过程、热处理过程的工艺控制。调节合适的热镦成型温度，保证内部组织的稳定性与一致性；合理分配预镦与精镦的变形程度，按金属流动原理尽可能使工件获得并保持没有急剧弯曲和折叠的连续的金属流线；尽量减少热处理的变形问题。（3）紧固件在装配过程中，加强对螺栓光杆部位的磨损的检测，一旦发现钛合金螺栓表面完整性发生破坏，应及时更换。

作者：唐毅刘战培葛玲张建堂单位：中国航空工业集团公司三六三医院泸州医学院学院办公室