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[摘要]吊挂是发动机加力总管在加力扩散器上的安装部件，极易由于连接处的磨损和受力问题产生局部断裂，是发动机工作的重大隐患。分析吊挂故障产生的原因，可以降低事故发生率，同时通过有效的方法避免事故的发生。
[关键词]断裂 疲劳 磨损覆盖喷丸
中圖分类号:TK223.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0041-01
1、宏观现象
吊挂是发动机加力总管在加力扩散器上的安装部件，通过几个安装孔将加力总管固定在扩散器上。在发动机工作一段时间以后，吊挂与拉杆连接处的安装孔开始磨损，最终导致孔边受力不均匀，产生局部断裂。
故障件的故障部位主要表现为在与螺栓表面接触的平面上，出现不规则的圆弧状压痕，孔壁上孔形已经为不规则椭圆形，变形处的孔壁光滑、闪亮，但孔壁上下两端出现阶梯不规则痕迹，从此处开始出现瞬断区，断口氧化腐蚀较重，颜色较深，耳壁壁厚最小处出现主体耳廓部分缺失。
故障部位示意图
2、微观现象
在疲劳开始产生的时间，吊挂孔和螺栓连接处在螺栓和拉杆拉应力的作用下开始产生压痕。发动机工作后，在发动机的振动下径向力和切向力交互作用，压痕产生了局部的不均匀，后期在耳边产生了疲劳沟槽。长期载荷后，应力每循环一次就留下一次沟槽。同时，吊挂孔壁在径向力和轴向力以及扭转力的作用下局部开始出现损伤。最终，螺帽压紧处出现了一条条短窄而紊乱的辉纹，局部减薄。
另一方面，孔壁的应力交集处磨损在向外扩展在多个位错并入而形成大位错后，形成难以移动的长形空隙，造成严重应力集中，与表面的辉纹连接，最后萌生裂纹。
3、疲劳失效原因分析
当两个承载的相互接触表面经历相对往复切向振动时，由于振动或循环应力的作用下产生滑移而导致微动损伤。通常，切向的相对运动量很小，大多数情况滑移只发生在相互接触部分，相对切向运动是不规则的，但是切向运动振幅较大，具有往复磨损的特征。其次，两个磨损始终相互紧密接触，磨屑总是被裹夹在接触面之间，磨削与两个接触面相互磨损，当振幅增大时，磨损变得不规则，在很小的范围内出现了咬合或焊合而造成裂纹，这就是疲劳裂纹疲劳源的产生。
总之，此种疲劳可以算作是由微动磨损造成的。微动磨损的初期，损伤是在两个摩擦面之间实际接触点上产生粘着和焊合，导致材料被拔起并凸出原来的表平面。凸起的材料又被抹平，使表面变得光滑，被抹平的材料因为分层而被磨去，形成为氧化物覆盖的金属片状磨粒。这些松散的磨粒进一步被磨成细粉而成为圆柱形或球形。磨损的分层现象，是由于次表面孔洞粗化或表面疲劳而产生的次表层裂纹扩展的结果。在接触区磨屑不断地被压实，使交变剪切应力穿过界面，导致分层不断地进行。磨损过程中的加工硬化或加工软化对表层材料的疲劳性能都起不好的作用，而且加速分层过程的进行。
如图1所示，随着循环次数的增加，磨屑量也增加。在循环初期阶段，磨削增加较快，这个期间为金属间磨损，摩擦系数较高，但随着时间的推移，磨屑量逐渐减少，当形成氧化物磨屑时，磨损率趋于稳定甚至下降，如图中的B和D 曲线，高温合金会出现此种情况。高振幅表现为B曲线，低振幅表现为D曲线。A和C曲线则表现为加速磨损，这是金属表面硬度低而表面氧化物硬度高的金属的磨损特性。
4、抵御失效可采取的技术措施
当一对摩擦副的材料成分和机械性能相同时，在微动磨损初期，粘着在形成磨屑方面起着重要作用。所以材料的硬度或强度对微动磨损的大小关系重大，提高材料的硬度可减少粘着，表面磨损可减小
一般情况减少微动磨损有以下几个措施：
A.将连接部分改为整体结构或焊接结构；
B.表面覆盖，利用硬金属（如镀硬铬）覆盖提高疲劳强度
C.润滑，增加液体润滑剂可以减轻微动磨损
D.表面加工硬化，进行表面喷丸处理和表面滚压增加表面硬度
E.材料的选择，采用硬度高的材料提高良好的耐微动磨损性能。
鉴于加力扩散器的工作性能和发动机工作情况，表面覆盖和表面加工硬化可以有效的减轻微动磨损产生的疲劳。
金属覆盖：硬金属覆盖主要可以减少实际的接触区，但是由于微动作用产生的交变切应力，要求材料在高应变疲劳条件下具有高的疲劳强度。通常负载越大，剪应力的作用范围也愈深，覆盖层要有一定的厚度才能限制应力的作用。硬金属覆盖会降低非微动接触面的疲劳强度，所以对未覆盖表面要预先喷丸处理，减少对疲劳强度不利的影响。
表面加工硬化：作用有两方面，一是增加表面的硬度；二是使表层处于压应力状态。喷丸处理对普通疲劳性能没什么影响，但对微动疲劳性能却有明显改善。被喷丸强化的表面经微动磨损产生了裂纹，但是压缩应力阻止了裂纹的长大，而且在微动磨损区产生的非扩展裂纹，对相邻接触区表面裂纹的产生和扩展起着了减缓作用。
在实际工作中，硬金属覆盖技术是一种比较成熟的加工技术，我们需要做的是选择合适的硬金属通过相应的技术手段对吊挂安装孔进行覆盖，同时进行疲劳试验，掌握覆盖层厚度。一般情况下可以考虑对接触面进行镀铬处理。
另外，通过喷丸技术提高吊挂安装孔的表面硬度和压应力也是可行的方法，但是由于零件其他表面的精度较高，还是需要继续进行疲劳试验，摸索喷丸具体参数、具体方式、其他面的保护方式。
5.结论
本文对在发动机工作一段时间后吊挂部分产生的失效情况进行了宏观和微观的详细分析，并针对失效原因提出了可行的解决方案，确定了使用金属覆盖和表面加工硬化两种方法避免事故的发生，保证了发动机的运行安全。
参考文献
[1] 《材料失效分析》,作者：庄东汉,华东理工大学出版社.
[2] 《军工产品失效分析技术手册》，作者：陶春虎，刘高远，恩云飞等,国防工业出版社.
[3] 《金属构件失效分析》，作者：廖景娱，化学工业出版社.
[关键词]断裂 疲劳 磨损覆盖喷丸
中圖分类号:TK223.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0041-01
1、宏观现象
吊挂是发动机加力总管在加力扩散器上的安装部件，通过几个安装孔将加力总管固定在扩散器上。在发动机工作一段时间以后，吊挂与拉杆连接处的安装孔开始磨损，最终导致孔边受力不均匀，产生局部断裂。
故障件的故障部位主要表现为在与螺栓表面接触的平面上，出现不规则的圆弧状压痕，孔壁上孔形已经为不规则椭圆形，变形处的孔壁光滑、闪亮，但孔壁上下两端出现阶梯不规则痕迹，从此处开始出现瞬断区，断口氧化腐蚀较重，颜色较深，耳壁壁厚最小处出现主体耳廓部分缺失。
故障部位示意图
2、微观现象
在疲劳开始产生的时间，吊挂孔和螺栓连接处在螺栓和拉杆拉应力的作用下开始产生压痕。发动机工作后，在发动机的振动下径向力和切向力交互作用，压痕产生了局部的不均匀，后期在耳边产生了疲劳沟槽。长期载荷后，应力每循环一次就留下一次沟槽。同时，吊挂孔壁在径向力和轴向力以及扭转力的作用下局部开始出现损伤。最终，螺帽压紧处出现了一条条短窄而紊乱的辉纹，局部减薄。
另一方面，孔壁的应力交集处磨损在向外扩展在多个位错并入而形成大位错后，形成难以移动的长形空隙，造成严重应力集中，与表面的辉纹连接，最后萌生裂纹。
3、疲劳失效原因分析
当两个承载的相互接触表面经历相对往复切向振动时，由于振动或循环应力的作用下产生滑移而导致微动损伤。通常，切向的相对运动量很小，大多数情况滑移只发生在相互接触部分，相对切向运动是不规则的，但是切向运动振幅较大，具有往复磨损的特征。其次，两个磨损始终相互紧密接触，磨屑总是被裹夹在接触面之间，磨削与两个接触面相互磨损，当振幅增大时，磨损变得不规则，在很小的范围内出现了咬合或焊合而造成裂纹，这就是疲劳裂纹疲劳源的产生。
总之，此种疲劳可以算作是由微动磨损造成的。微动磨损的初期，损伤是在两个摩擦面之间实际接触点上产生粘着和焊合，导致材料被拔起并凸出原来的表平面。凸起的材料又被抹平，使表面变得光滑，被抹平的材料因为分层而被磨去，形成为氧化物覆盖的金属片状磨粒。这些松散的磨粒进一步被磨成细粉而成为圆柱形或球形。磨损的分层现象，是由于次表面孔洞粗化或表面疲劳而产生的次表层裂纹扩展的结果。在接触区磨屑不断地被压实，使交变剪切应力穿过界面，导致分层不断地进行。磨损过程中的加工硬化或加工软化对表层材料的疲劳性能都起不好的作用，而且加速分层过程的进行。
如图1所示，随着循环次数的增加，磨屑量也增加。在循环初期阶段，磨削增加较快，这个期间为金属间磨损，摩擦系数较高，但随着时间的推移，磨屑量逐渐减少，当形成氧化物磨屑时，磨损率趋于稳定甚至下降，如图中的B和D 曲线，高温合金会出现此种情况。高振幅表现为B曲线，低振幅表现为D曲线。A和C曲线则表现为加速磨损，这是金属表面硬度低而表面氧化物硬度高的金属的磨损特性。
4、抵御失效可采取的技术措施
当一对摩擦副的材料成分和机械性能相同时，在微动磨损初期，粘着在形成磨屑方面起着重要作用。所以材料的硬度或强度对微动磨损的大小关系重大，提高材料的硬度可减少粘着，表面磨损可减小
一般情况减少微动磨损有以下几个措施：
A.将连接部分改为整体结构或焊接结构；
B.表面覆盖，利用硬金属（如镀硬铬）覆盖提高疲劳强度
C.润滑，增加液体润滑剂可以减轻微动磨损
D.表面加工硬化，进行表面喷丸处理和表面滚压增加表面硬度
E.材料的选择，采用硬度高的材料提高良好的耐微动磨损性能。
鉴于加力扩散器的工作性能和发动机工作情况，表面覆盖和表面加工硬化可以有效的减轻微动磨损产生的疲劳。
金属覆盖：硬金属覆盖主要可以减少实际的接触区，但是由于微动作用产生的交变切应力，要求材料在高应变疲劳条件下具有高的疲劳强度。通常负载越大，剪应力的作用范围也愈深，覆盖层要有一定的厚度才能限制应力的作用。硬金属覆盖会降低非微动接触面的疲劳强度，所以对未覆盖表面要预先喷丸处理，减少对疲劳强度不利的影响。
表面加工硬化：作用有两方面，一是增加表面的硬度；二是使表层处于压应力状态。喷丸处理对普通疲劳性能没什么影响，但对微动疲劳性能却有明显改善。被喷丸强化的表面经微动磨损产生了裂纹，但是压缩应力阻止了裂纹的长大，而且在微动磨损区产生的非扩展裂纹，对相邻接触区表面裂纹的产生和扩展起着了减缓作用。
在实际工作中，硬金属覆盖技术是一种比较成熟的加工技术，我们需要做的是选择合适的硬金属通过相应的技术手段对吊挂安装孔进行覆盖，同时进行疲劳试验，掌握覆盖层厚度。一般情况下可以考虑对接触面进行镀铬处理。
另外，通过喷丸技术提高吊挂安装孔的表面硬度和压应力也是可行的方法，但是由于零件其他表面的精度较高，还是需要继续进行疲劳试验，摸索喷丸具体参数、具体方式、其他面的保护方式。
5.结论
本文对在发动机工作一段时间后吊挂部分产生的失效情况进行了宏观和微观的详细分析，并针对失效原因提出了可行的解决方案，确定了使用金属覆盖和表面加工硬化两种方法避免事故的发生，保证了发动机的运行安全。
参考文献
[1] 《材料失效分析》,作者：庄东汉,华东理工大学出版社.
[2] 《军工产品失效分析技术手册》，作者：陶春虎，刘高远，恩云飞等,国防工业出版社.
[3] 《金属构件失效分析》，作者：廖景娱，化学工业出版社.