扭转微动多冲疲劳失效初论

2台分别使用了2、10 a的功率为2986 kW的减速机,先后因高速轴表面剥裂和断裂而失效。通过对其形貌观察和断口分析可知,该失效均与微动磨损、微动冲击和疲劳损伤有关,且是一种少见的轴?毂疲劳失效模式。剥裂失效的轴未断裂,而是沿轴的圆周深层疲劳剥落。断裂失效的轴,其断口具有复杂的碎裂形貌,很难对断口发生的原因进行分析。轴的剥裂和断裂失效模式目前尚无理论解释。本研究将2种失效模式称之为扭转微动多冲疲劳失效,国内外尚无相关研究内容,有必要进一步研究和探讨扭转微动多冲疲劳失效的原因和失效机理,从而提出相应的预防措施。     

乘用车轮辐用600 MPa级热轧双相钢失效原因分析

分析了两件失效轮辐在弯曲疲劳检测过程中出现断裂与疲劳寿命差异较大的原因。两件轮辐材质相同,均为热轧双相钢DP600。通过检测发现:钢板因表面脱碳形成了一层粗大的铁素体晶粒,脱碳层深度为8~15μm,铁素体晶粒尺寸为13.3~25.6μm。分析认为,试验材料存在两种相关的失效模式,微动磨损和疲劳断裂,表面脱碳降低了钢板表面硬度,导致轮辐装配面与试验台垫片发生微动磨损形成表面变形与缺损,成为轮辐疲劳断裂的裂纹源。脱碳层深度与表层铁素体晶粒尺寸的差异导致了两件失效轮辐疲劳寿命的差异。     

某型号前轴疲劳试验及结果分析

为测试前轴的疲劳寿命,采用台架试验装置对某型号汽车前轴进行了试验,仅运行19.9万次就发生断裂。通过对断口的观察分析、断口部位的金相分析、硬度检测等方式,确定了前轴的失效模式,并对其断裂失效原因进行了分析。研究结果表明:汽车前轴的断裂性质为疲劳断裂,裂纹源起源于锻件飞边表面,该处存在较明显的沟槽;锻件表面的加工沟槽形成的附加应力集中是造成前轴疲劳断裂的主要原因;加工沟槽可能由于切边模的磨损而产生,因此切边模刃口需及时修整。     

烟气轮机叶片断裂原因分析

某炼化厂烟气轮机一动叶片断裂引起停机事故.通过断口宏观、微观观察和叶片金相检验对叶片断裂原因进行分析,结果表明:叶片断裂性质为微动疲劳,叶片榫头与轮盘榫槽装配不良导致局部应力过大产生微动磨损是引起疲劳断裂的主要原因.     

涡轮冷却器风扇叶片断裂分析

针对飞机环控系统主要制冷部件涡轮冷却器风扇叶片断裂的问题,通过对涡轮冷却器故障件的整体外观检查、分解检查、风扇叶片断口分析、风扇叶轮背面摩擦痕迹分析、风扇端轴承、涡轮端轴承损坏程度、轴的硬度检测及轴强度校核,确定风扇端轴承为首先失效件。在此基础上,以风扇端轴承失效为顶事件,综合运用仿真分析、负载波动试验、硬度检测、轴承超温试验及无润滑失效试验等方法,对风扇端轴承失效原因进行分析,结果表明:轴承弯曲变形导致风扇叶轮刮蹭断裂;轴承变形失效的原因为缺油导致润滑不良,发生干磨,温度异常升高;缺油的主要原因是使用维护方法不当。并根据失效分析结果提出改进措施。     

TC17钛合金叶盘破裂分析

压气机风扇部件试验件试验过程中叶盘破裂失效。本研究通过断口宏微观观察、金相组织检查、力学性能测试、疲劳模拟试验及改进措施验证,确定了叶盘的失效性质和原因。结果表明:叶片为高周疲劳断裂,为肇事件,鼓筒、盘体均为过载断裂;断裂叶片表面存在横向加工刀痕、材料组织状态不良、断裂韧度低是导致叶片发生高周疲劳断裂的原因。通过采取改善叶盘锻件毛坯的力学性能、严格控制零件表面质量,有效预防了叶盘发生破裂失效。     

TC4钛合金耳片断裂原因分析

分析了由TC4钛合金材料制造的飞机减速板接头耳片在使用中发生断裂的故障。作动筒通过螺杆与该减速板接头耳片相连接并驱动减速板工作。通过对断裂件进行外观检查,断口宏、微观观察、能谱分析,金相组织检验等手段,确定了减速板接头耳片的断裂性质及失效原因。结果表明:该减速板接头耳片的断裂性质为疲劳断裂,其断裂源是由耳片内孔与连接螺杆之间接触所产生的微动磨损引发的;产生微动磨损的原因是由于耳片与连接作动筒的螺杆之间配合间隙不当和润滑不良所致。     

燃气轮机低压压气机转子叶片断裂分析

某型燃气轮机运行近1 000 h后,发生2片低压压气机转子叶片脱榫断裂和同级多片榫头裂纹故障。通过对断裂和裂纹叶片外观观察、断口分析、化学成分分析、硬度检测和金相检验等手段,确认了断裂和裂纹叶片失效模式相同,均属振动疲劳断裂,盘和叶片配合不良引起微动磨损是该级叶片早期振动疲劳断裂的主要原因。盘、片配合不良主要是由于配合面间无防磨损涂层,在应用过程中产生氧化和磨损引起的;通过盘和叶片榫齿配合面涂干膜润滑,有效解决了盘片配合面微动磨损问题。     

发动机齿轮和轴承失效分析

发动机返厂检查发现上垂直锥齿轮及轴承磨损严重.为分析齿轮和轴承失效的原因,对故障件进行了外观检查、电镜观察、成分分析、硬度检测和金相分析,并通过对结构的受力状态分析和外场调研,对故障件磨损性质、故障原因进行了综合分析与讨论.结果表明:上垂直锥齿轮及轴承的失效模式是接触疲劳磨损,而导致轴承和上垂直锥齿轮发生接触疲劳磨损的...     

钛合金自冲铆接头微动磨损机理及疲劳性能

对钛合金同种TA1-TA1（TT）及异种TA1-Al5052（TA）,TA1-H62（TH）自冲铆接头进行疲劳试验,用扫描电子显微镜对断口及微动区进行观测研究其微动磨损机理,并研究下板强度对接头疲劳寿命和失效形式的影响.结果表明,断口裂纹萌生区即为微动磨损区.微动磨损导致微动区亚表面产生微裂纹并逐步扩展为宏观疲劳裂纹导致接头最终失效;微动磨屑在微动磨损过程中主要起减轻磨损作用.总体上TT接头具有最优疲劳性能,疲劳载荷较高时TA接头疲劳性能优异,疲劳载荷较低时TH接头疲劳性能优异.两板强度相当且疲劳载荷较高时失效形式主要为铆钉断裂,疲劳载荷较低时失效形式主要为下板断裂;而下板强度与上板强度相差较大时,疲劳失效形式为下板断裂.     

直升机尾桨连杆组件失效分析

直升机在飞行降落时尾桨操纵连杆发生断裂,对断裂的尾桨连杆组件损伤及磨损情况进行外观检查,宏微观观察分析连杆断口,并对连杆的材料成分、金相组织和硬度进行检查。结果表明：连杆的断裂性质为疲劳断裂,疲劳起源于螺纹根部,疲劳区占断口总面积80%以上;连杆端部的球轴承产生了异常的磨损。分析认为：由于连杆端的球轴承产生了异常的磨损,导致其对连杆的限位功能不良,连杆发生轻微偏转使连杆上形成了附加的弯曲应力。该应力与连杆上的工作应力叠加,造成连杆发生了疲劳断裂。此外,对连杆硬度的检测表明连杆的硬度仅为HRC 22.7,说明其强度较低,疲劳抗力较差,也是连杆容易发生疲劳断裂的原因。     

超细晶纯钛的微动疲劳特性

利用自行设计的微动疲劳实验夹具装置研究超细晶纯钛在柱面-平面接触下的微动疲劳特性,分析循环应力对其微动疲劳寿命的影响,通过观察接触区磨损和断口形貌,分析其微动损伤机制。结果表明,当法向载荷不变时,超细晶纯钛的微动疲劳寿命随着循环应力的增加而减小,比常规疲劳寿命更小。微动疲劳裂纹于接触区边缘萌生,磨损区破裂严重且附着有磨粒,在磨粒磨损作用下加速了试样的疲劳失效。断口同时呈现出疲劳形貌和微动形貌,形貌从平滑转向粗糙直至断裂,裂纹由小变大,裂纹扩展速率也逐渐增加,且在裂纹扩展区存在二次裂纹;由于受力不均在裂纹扩展区与断裂区之间存在山脊状形貌。     

空心风扇叶片榫头裂纹原因分析

空心风扇叶片振动疲劳试验后在榫头表面出现裂纹。通过外观检查、断口宏微观分析、表面检查、成分分析、组织和硬度检测等试验,对裂纹性质和产生原因进行了分析研究。结果表明:叶片榫头表面裂纹为微动疲劳开裂,叶片与夹具间产生的微动磨损是导致该叶片过早萌生疲劳裂纹的主要原因,而产生微动磨损与叶片榫头的几何特征、夹具与其配合状态及榫头部位未采用表面处理措施有关。     

连接螺栓的失效分析

某构件进行疲劳性能试验时,连接螺栓发生断裂。通过断口宏微观观察、金相组织检查、硬度及化学成分检测,确定了连接螺栓的断裂性质和原因。结果表明：连接螺栓的断裂性质为微动疲劳;断裂原因是球轴承上由于某种偶然因素形成缺口,导致球轴承上裂纹的萌生和扩展,球轴承裂纹的产生使得连接螺栓与球轴承之间的预紧力减小,局部松动而产生不均匀接触,在径向有规律的往复载荷作用下,导致连接螺栓产生微动磨损,进而发生微动疲劳断裂。     

表面改性技术降低生长棒临床并发症发生率研究进展

生长棒是应用于早发性脊柱侧凸患者矫正治疗的医疗器械.首先介绍了由钛合金或钴铬合金材料制造的单生长棒、双生长棒、Shilla生长棒等在早发性脊柱侧凸矫正领域的临床应用现状;同时总结了生长棒在体内服役时,由于金属疲劳、固定螺钉松动、植入物的磨损和腐蚀等原因导致的金属棒断裂、固定螺钉拔出、金属离子富集等问题,以及由此引起的过敏反应、炎症反应、骨溶解等相关并发症.为降低生长棒临床应用并发症发生率,国内外研究人员采用喷丸、微弧氧化、等离子喷涂、物理气相沉积等表面改性手段,对生长棒进行表面改性.国内外研究表明,采用激光冲击强化、喷丸等可以提高生长棒系统中金属棒的表面硬度及应力,提高金属棒的微动疲劳特性,避免金属棒断裂;采用喷丸、微弧氧化处理和等离子喷涂处理等方法,可以促进生长棒系统中椎弓根螺钉和天然骨界面长合,增强椎弓根螺钉-骨组织的结合强度;采用物理气相沉积可以提高生长棒系统的耐磨性、耐蚀性,进而降低其离子释放量.经过表面改性后的生长棒系统,生物相容性提高,过敏反应、炎症反应、骨溶解等相关并发症的发生率降低.     

谐波减速器用柔性轴承疲劳寿命实验与失效分析

柔性轴承是谐波齿轮减速器的重要组成部分。为了研究柔性轴承的失效特性,研制了一种可进行柔性轴承疲劳寿命实验的专用试验机。该试验机的加载装置能够与柔性轴承的内圈一起旋转,并可在外圈主轴两端同步施加载荷。通过对四套柔性轴承进行疲劳寿命试验,观察到了几种柔性轴承的失效现象。实验后测量了沟道的宽度,深度和表面粗糙度。实验结果表明:柔性轴承的内圈仅在主轴末端出现磨损和疲劳剥落现象,而外圈可能出现疲劳断裂和剥落现象。此外,还发现柔性轴承套圈沟道的磨损是不均匀的。     

等离子渗氮与喷丸强化复合改进钛合金抗微动损伤性能

利用直流脉冲等离子电源装置对Ti6A14V钛合金表面渗氮处理,研究了渗氮层的相组成、硬度分布、韧度及摩擦学性能,采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理,以达到联合提高钛合金微动疲劳(FF)抗力的目的.研究结果表明:脉冲电源等离子技术可在钛合金表面获得由TiN、Ti2N、Ti2A1N等相组成的渗氮层,该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力,但降低了基材的FF抗力.渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金FF抗力超过了SP单独作用.提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要.