鈦合金自鎖螺母裂紋故障分析！
鈦合金本身作為一種新型的合金材料，具有傳統(tǒng)合金材料無法比擬的優(yōu)越性，用鈦合金制作成自鎖螺母，零件本身的堅(jiān)固性和連接緊密性非常好，在防止震動及其引起的零件松動方面性能優(yōu)越，兼具高強(qiáng)度和低密度的特點(diǎn)。因此，鈦合金自鎖螺母備受飛機(jī)制造業(yè)和其他高端機(jī)器制造業(yè)的青睞，被應(yīng)用在很多機(jī)器的連接處。連接處對于機(jī)器設(shè)備來說，是非常重要的位置，一旦出現(xiàn)問題發(fā)生故障，很有可能造成整個(gè)機(jī)器無法使用的嚴(yán)重后果。
面對這種情況，對鈦合金自鎖螺母裂痕故障進(jìn)行分析和研究，提出相應(yīng)的整改措施，無論在保護(hù)人員設(shè)備安全方面還是在促進(jìn)技術(shù)提高方面都具有非常重要的意義。本文就一些出現(xiàn)裂痕的鈦合金自鎖螺母進(jìn)行研究之后，對其形成裂紋的故障進(jìn)行進(jìn)一步的描述和分析。
（一）鈦合金自鎖螺母裂紋的情況
為了更好的找出引起故障的可能性，更好的找到對應(yīng)的解決措施，我們找到一些出現(xiàn)裂紋的鈦合金自鎖螺母，并且對這些出現(xiàn)問題的螺母進(jìn)行了標(biāo)注和檢查，進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們不僅對出現(xiàn)裂紋的鈦合金自鎖螺母進(jìn)行了仔細(xì)的觀察和記錄還找到了沒有問題的鈦合金自鎖螺母進(jìn)行對比和分析。
通過檢查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)在鈦合金自鎖螺母的裂痕并不是雜亂無章而是具有一定的規(guī)律，裂痕部位并不是很多，集中在短軸的內(nèi)部表面位置和長軸外部表面位置，并且裂痕方向呈縱向發(fā)展。由此可見，基本可以排除了突發(fā)意外狀況造成裂痕的情況，需要進(jìn)一步對故障原因進(jìn)行分析。
結(jié)合鈦合金自鎖螺母在我國的主要應(yīng)用方向來看，主要是作為航空零部件來使用，所以對鈦合金自鎖螺母的加工制造質(zhì)量的要求也越來越高，由于合金材料本身是一種復(fù)合材料，使用新型材料做為零部件，在加工制造的過程中必要的質(zhì)量控制非常重要。
隨著鈦合金制造工藝的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對鑄造鈦合金零部件的技術(shù)以及零部件本身的各方面性能要求也有所提高，同時(shí)對于某些特殊行業(yè)和尖端領(lǐng)域中應(yīng)用的鈦合金自鎖螺母這類重點(diǎn)零部件來說，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的加大已經(jīng)日漸明顯，像傳統(tǒng)觀點(diǎn)的那種認(rèn)為“所有的變形鈦合金都適合用作鑄造合金”的思想也在逐漸被修正。隨著合金使用溫度和工作強(qiáng)度的提高，鈦合金鑄造成自鎖螺母等零部件時(shí)，根據(jù)使用部位和作用不同還會添加不同的元素，元素的加入量也相應(yīng)增加，但同時(shí)必須考慮到合金的鑄造性能、流動性凝固區(qū)間結(jié)晶組織、力學(xué)性能等等，因此只要有一方面的操作不準(zhǔn)確或者有疏漏出現(xiàn)，就會導(dǎo)致鑄造的鈦合金自鎖螺母質(zhì)量發(fā)生問題，產(chǎn)生如上圖所示的裂紋現(xiàn)象。結(jié)合諸多因素進(jìn)行考慮之后，進(jìn)一步對產(chǎn)生裂紋的原因進(jìn)行分析。
（一）引起鈦合金自鎖螺母裂紋的因素
（1）鑄造過程中的影響因素
鈦合金自鎖螺母的鑄造仍舊是依靠鈦合金這種新型材料為主體來進(jìn)行，從材料本身的性能來看，與很多傳統(tǒng)所知的合金不同的是鈦合金材料具有非常高的化學(xué)活性，所以易與空氣中的N、O、N發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)。不僅如此，鑄造中常用的耐火材料也極其容易和鈦合金材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。而鈦合金材料的鑄造過程中，模具的使用是不可或缺的一個(gè)方面，并且鈦合金自鎖螺母的熔模精鑄要比鋁和鋼等合金材料零件的熔模精鑄難度大得多，需借助特殊手段才能實(shí)現(xiàn)。主要是借助模具經(jīng)過加壓使其收縮，接下來在壓扁的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的處理進(jìn)而成型。這個(gè)過程中模具的選擇對鈦合金自鎖螺母最終定型具有很大影響。
通過選擇幾個(gè)不同形狀尺寸的模具來進(jìn)行試驗(yàn)，基本可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：（1）鈦合金材料作為一種可塑性材料，也有著自身的臨界點(diǎn)，在對鈦合金自鎖螺母進(jìn)行壓扁的過程中，如果壓扁的程度超過了材料本身的極限，破壞了材料的可塑性，這種情況下，由于長軸和短軸的表面曲率不同，所以在內(nèi)表面出現(xiàn)了裂痕而外表面并沒有受影響。
（2）選擇的模具半徑曲率不同也會產(chǎn)生影響。使用半徑曲率較小的模具鑄造出來的鈦合金自鎖螺母長軸內(nèi)表面會出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，而且短軸內(nèi)表面也會出現(xiàn)裂痕或者不同程度的變形。相反的，當(dāng)模具的半徑曲率過大的時(shí)候，鑄造成的鈦合金自鎖螺母雖然長軸的外表面完好，但是短軸的內(nèi)表面會出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象。
（二）加工過程中的影響因素
已經(jīng)成型的鈦合金自鎖螺母還需要進(jìn)一步加工，目前最普遍的加工方式是熱處理制度。通常進(jìn)行進(jìn)一步加工的方法是對材料進(jìn)行壓扁成型，因此擠壓模具在選用上選擇新型耐熱模具的同時(shí)保證加熱爐到擠壓筒的輸送速度也要快，在加熱和擠壓過程中剛剛鑄造的新鮮的鈦合金自鎖螺母本身作為金屬材料來說易被氣體污染尤其是被氧化污染，所以采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施非常必要。但是通常在進(jìn)行熱處理時(shí)，很容易因?yàn)榭刂撇划?dāng)而使金屬的表面受到污染，雖然在熱處理之后要將零件放在真空的環(huán)境下進(jìn)行固溶時(shí)效的處理，但是已經(jīng)存在的表面污染依舊容易發(fā)生氧化，使鈦合金自鎖螺母本身的硬度和可塑性大打折扣。
（三）使用過程中的影響因素
鈦合金自鎖螺母在使用過程中同樣存在著可能引起裂痕的因素。由于這種零件通常是用在連接處或者進(jìn)行加固作用，進(jìn)行安裝時(shí)很容易因?yàn)椴僮鞑划?dāng)引起的磨損和損傷，或者進(jìn)行反復(fù)多次的拆卸零件等行為，都??對鈦合金自鎖螺母造成不同程度破壞，進(jìn)而降低零件本身的耐磨損度。容易導(dǎo)致開裂現(xiàn)象。
總結(jié)：通過以上分析可以看出來，影響鈦合金自鎖螺母裂痕的因素有很多。每個(gè)因素都不能夠忽視，因此在日后對鈦合金自鎖螺母的鑄造上要選擇尺寸形狀合適的模具，并且嚴(yán)格測量模具的曲率半徑，這一點(diǎn)很重要。
不僅如此，在加工過程中可以將固溶的步驟提前，這樣可以避免在固溶時(shí)效這一階段螺母表面被氧化腐蝕和污染；在使用鈦合金自鎖螺母的過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)正確安裝，避免對零件的損傷和磨損，同時(shí)要加強(qiáng)對安裝有鈦合金自鎖螺母部位的檢測力度，定期維護(hù)，并及時(shí)更換有問題的零件。
由此可見，通過改善技術(shù)水平，加強(qiáng)防范意識等方式，可以有效的預(yù)防鈦合金自鎖螺母裂紋，進(jìn)而避免故障的發(fā)生。