[科普中國(guó)]-機(jī)翼主梁

機(jī)翼主梁選材與工藝分析工作狀況

機(jī)翼主梁是機(jī)翼的主要承力零件。機(jī)翼上的載荷通過主梁而傳至機(jī)身，其主要負(fù)荷有：飛行時(shí)的空氣動(dòng)力（升力、阻力），機(jī)動(dòng)飛行時(shí)產(chǎn)生的慣性力，著陸時(shí)起落架的沖擊力等。這些巨大的負(fù)荷使主梁承受彎曲和剪切，同時(shí)由于機(jī)翼振動(dòng)產(chǎn)生交變應(yīng)力還能引起主梁的疲勞。2

材料選擇材料選擇：30CrMnSiNi2A。在30CrMnSiA鋼的基礎(chǔ)上加入1.6%的鎳，由于鎳的加入，增加了鋼的強(qiáng)度和韌性，也提高了淬透性。30CrMnSiNi2A是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的鋼材，故得名飛機(jī)鋼。這種鋼不含貴重金屬，價(jià)格較便宜。30CrMnSiNi2A的性能大大優(yōu)于30CrMnSiA鋼，常用作飛機(jī)上一些負(fù)荷很大荷很重要的零件，如起落架的支柱、輪叉、機(jī)翼主梁等。2

工藝流程模鍛→正火+不完全退火→機(jī)加工→等溫淬火及低溫回火→精加工→低溫回火→表面處理→裝配。

熱處理工藝毛佩模鍛后晶粒粗大，為了細(xì)化晶粒，降低硬度，故采用正火+不完全退火（加熱至Ac1以上20℃~50℃，保溫后緩冷）。

主梁淬火變形是熱處理的關(guān)鍵，次零件重量大，各部分厚薄相差懸殊，強(qiáng)度要求又搞，因此工廠采用等溫淬火及低溫回火。

30CrMnSiNi2A在靜載荷下對(duì)應(yīng)力集中有很高的敏感性，為消除加工應(yīng)力，在精加工之后，再進(jìn)行一次低溫回火。2

案例——飛機(jī)機(jī)翼主梁斷裂分析1996年某飛機(jī)在進(jìn)行飛行訓(xùn)練時(shí)，突然右機(jī)翼空中折斷，發(fā)生一等事故。該機(jī)1973年生產(chǎn)出廠，經(jīng)過三次大修，最后一次大修到發(fā)生事故共飛行621h05min。該機(jī)總飛行時(shí)間式3105h22min。機(jī)翼主梁用30CrMnSiNi2A超高強(qiáng)鋼制造。

主梁殘骸外觀形貌經(jīng)檢查確認(rèn)主梁下緣條第10螺栓孔及附近機(jī)翼蒙皮、鋁墊板、主梁加強(qiáng)件均已斷裂，除主梁第20螺栓孔無(wú)明顯塑性變形外，斷口其他部分均由明顯塑性變形和快速剪切、撕裂特征。從工字梁端口整個(gè)斷裂紋路看，初步判斷裂紋起始位置在下緣條航向第10螺栓孔。另一匹配斷口比較干凈，裂紋起始位置和擴(kuò)展方向均與翼根斷口相吻合，說明該梁斷裂時(shí)主裂紋確實(shí)起始于下緣條航向第10螺栓孔處。

斷口周圍無(wú)明顯塑性變形，斷口上有明顯放射棱線和疲勞弧線，根據(jù)放射棱線和疲勞弧線特征，可以判斷裂紋起始于孔前后兩側(cè)。孔的前端面由兩斜斷面構(gòu)成120°夾角。從孔壁斷面上的放射棱線可以判斷，孔后裂紋起始于距下緣條下表面1.5~2mm孔壁處?？浊傲鸭y起始于距下緣條上表面1.5~2mm孔壁處。距孔后壁1.6mm斷口上，都約有0.5mm擠壓損傷痕跡。

孔前后裂紋為疲勞裂紋，但裂紋的形成原因和擴(kuò)展過程比較復(fù)雜。疲勞裂紋方向的改變，說明第10螺栓孔局部所受應(yīng)力方向有變化，這種應(yīng)力方向的改變可能與機(jī)翼承受扭轉(zhuǎn)載荷局部產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用有關(guān)。

孔的前斜斷面5mm范圍內(nèi)主要呈沿晶特征，也有疲勞條帶但不明顯。最外斜面5.5mm內(nèi)，主要是疲勞條帶和韌窩混合特征。孔的后斷面裂紋源區(qū)1.6mm內(nèi)主要是沿晶特征，1.5~5mm范圍是疲勞條帶和沿晶混合特征。其中有些疲勞弧線內(nèi)仍可見沿晶特征和疲勞條帶。3

綜合分析微觀分析不但證實(shí)斷口具有疲勞特征，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)有沿晶斷裂特征和腐蝕坑，而且貫穿疲勞斷裂區(qū)丶全過程，進(jìn)一步證實(shí)了斷口具有腐蝕疲勞特征。該右翼主梁下緣條第10螺栓孔處具備了腐蝕疲勞承受交變應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的條件。主梁下緣條材質(zhì)符合要求，未發(fā)現(xiàn)冶金缺陷和明顯的加工缺陷。斷口具有疲勞弧線和疲勞條帶穿晶的斷裂特征，同時(shí)在整個(gè)斷裂區(qū)自始至終還具有不連續(xù)的沿晶斷裂特征以及存在腐蝕坑，說明腐蝕因素影響整個(gè)斷裂過程。特別是疲勞源區(qū)，沿晶及腐蝕特征更為突出，說明裂紋在其實(shí)過程腐蝕因素起主導(dǎo)作用。導(dǎo)致該主梁斷裂的特定腐蝕介質(zhì)主要是大氣環(huán)境下的水介質(zhì)。超高強(qiáng)鋼材料對(duì)水介質(zhì)腐蝕十分敏感。如果飛機(jī)在工業(yè)城市或沿海地區(qū)飛行，由于大氣中硫化氫或鹵化物含量較多，當(dāng)硫化氫和鹵化物溶解于水溶液（或雨水）中，這些腐蝕介質(zhì)會(huì)大大降低高強(qiáng)度鋼的斷裂應(yīng)力。3

結(jié)論主梁斷裂時(shí)由于下緣條航前第10螺栓孔孔壁兩側(cè)產(chǎn)生疲勞裂紋并擴(kuò)展造成的。腐蝕疲勞，交變載荷和大氣等水介質(zhì)腐蝕環(huán)境的共同作用是造成主梁腐蝕疲勞斷裂的基本原因。3