為高強(qiáng)度鑄造鋁合金，抗腐蝕性能強(qiáng)， 具有良好的鑄造性能，廣泛應(yīng)用于航空及航天領(lǐng) 域…。該合金鑄態(tài)下組織粗大，力學(xué)性能較差，需 經(jīng)變質(zhì)處理并同溶強(qiáng)化，使共晶硅相充分細(xì)化，從 而提高材質(zhì)強(qiáng)度和蝮性，達(dá)到工程應(yīng)用要求心引。 飛機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)中一法蘭盤接頭材料為 ZLll4A，該零件采用砂型鑄造，經(jīng)變質(zhì)處理并固 溶時(shí)效至瞞狀態(tài)，執(zhí)行HB963--2005(鋁合金鑄 件規(guī)范》。該法蘭盤接頭在飛機(jī)上進(jìn)行裝配，完 成后需先后進(jìn)行0．09 MPa／5 min，0．06 MPa／55 rain的氣密性試驗(yàn)。在0．09 MPa氣密性試驗(yàn)時(shí)， 僅3 min接頭即出現(xiàn)開裂，發(fā)生漏氣。同批生產(chǎn) 的零件中，先后不規(guī)律地重復(fù)發(fā)生該故障。選取 l件典型的法蘭盤接頭進(jìn)行失效分析，從制造尺.

裂紋位于接頭靠近管口的法蘭盤根部倒角處， 沿接頭平面單側(cè)圓周方向分布，約占周長(zhǎng)的1／3。 裂穿接頭管壁(圖1)。法蘭盤底部裂紋對(duì)邊方向 存在明顯的周向壓痕，壓痕輪廓與法蘭圓周不同 心，而是與其形成一定的斜度(圖2)，結(jié)合接頭裝 配情況，分析是與其匹配裝配的法蘭擠壓所致。 將裂紋人為打開觀察斷口，可見斷口較干凈， 斷面粗糙，無表面漆層滲入和初始損傷，未見明顯 的蠼性變形和斷裂源區(qū)特征；同時(shí)可見法蘭盤表 面的螺栓孔周邊存在不均勻的壓痕，單邊痕跡較 深.



將斷|J清洗凈，放入掃描電鏡下進(jìn)行觀察， 低倍形貌見冬基本上無蟛性變形，河流狀 花樣和片狀特征明顯。放大觀察，可見整個(gè)斷而 均為類解理特征，未見韌窩形貌，斷呈現(xiàn)脆性特 點(diǎn)。

從法蘭盤接頭裂紋和斷口的宏觀、微觀檢查 分析結(jié)果可知，接頭斷裂性質(zhì)屬大應(yīng)力作用下的 過載斷裂。該法蘭盤接頭在裝配后的氣密試驗(yàn)中，僅 0．09 MPa／3 rain時(shí)即發(fā)生開裂，壓力遠(yuǎn)低于材料本身的抗拉強(qiáng)度。在正常情況下，0．09 MPa氣壓 不至于直接導(dǎo)致開裂，應(yīng)主要從法蘭盤接頭的裝 配情況和材質(zhì)上著手分析。 裂紋位于靠近管口方向的法蘭盤根部，結(jié)構(gòu) 上屬應(yīng)力集中部位。裂紋沿接頭平面單側(cè)圓周方 向分布，說明導(dǎo)致其開裂的應(yīng)力方向垂直于接頭 軸向，即為側(cè)方向的彎曲或拉應(yīng)力。在正常的裝 配狀態(tài)下，不應(yīng)存在過大的側(cè)向彎曲或拉應(yīng)力；但 檢查接頭法蘭盤部位的外觀可見，螺栓孔周邊擠 壓痕跡不均勻，單邊較深；法蘭盤底部存在沿周向 的擠壓痕跡，且正好處于裂紋的對(duì)邊圓周上，說明 法蘭盤接頭安裝時(shí)在側(cè)方向上與匹配的零件沒有 貼合平整，造成一邊受壓應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)生壓痕，另一 邊受彎曲應(yīng)力導(dǎo)致根部出現(xiàn)裂紋。這個(gè)異常的彎 曲應(yīng)力是接頭開裂的直接原因。

從接頭材質(zhì)方面分析，該接頭材料為 ZLIl4A邢，為燦一Si系鑄造鋁合金，經(jīng)變質(zhì)一固 溶處理后，可得到較高的強(qiáng)度和相應(yīng)的延伸率。 而接頭斷口為類解理形貌，未見韌窩，呈現(xiàn)脆性特 征，說明接頭的材質(zhì)塑性不佳。通過檢查金相組 織發(fā)現(xiàn)，大部分共晶硅呈長(zhǎng)條形的樹枝狀，這種形 態(tài)的共晶硅相較細(xì)化的球狀共晶硅而言，材質(zhì)塑 性較差。ZLll4A中的Si屬脆性相，在外加載荷 作用下，易發(fā)生斷裂或與基體分離而形成微裂紋， 使裂紋擴(kuò)展變得容易M J。裂紋擴(kuò)展過程中，會(huì)截 斷尺寸較大的共晶硅顆粒；但在遇到尺寸較小的 共晶硅顆粒時(shí)，若要繼續(xù)向前擴(kuò)展，通常是繞過細(xì) 小的共晶硅顆粒，從而裂紋擴(kuò)展速率降低。



共晶硅的細(xì)化程度和形態(tài)主要取決于鑄件的 變質(zhì)處理過程¨1。復(fù)查該法蘭盤接頭的鑄造工 藝，采用0．01％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的舢．Si中間合金作 為變質(zhì)劑，變質(zhì)保溫時(shí)間10 min左右，從組織特 征上看，明顯變質(zhì)不足。在變質(zhì)不充分的情況下， 經(jīng)固溶處理后，共晶硅難以形成較理想的球狀細(xì) 化組織，而呈條狀或塊狀，增加材質(zhì)脆性。

ZLll4A合金采用0．03％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的sr元素 作為變質(zhì)劑，保溫時(shí)間0．5一l h，可獲得最佳的變 質(zhì)效果，塑性指標(biāo)最好舊引。 另外，從對(duì)故障接頭裂紋部位的尺寸檢查結(jié) 果來看，裂紋處管壁厚度最小為0．92 mm，遠(yuǎn)低于 技術(shù)要求所規(guī)定的1．5 mm，管壁偏薄必然對(duì)該處 的承載能力存在不利影響。 綜上分析，法蘭盤接頭本身材質(zhì)塑性偏低，管 壁厚度偏薄，在裝配時(shí)由于貼合不平整產(chǎn)牛側(cè)向 的彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致法蘭盤接頭在根部應(yīng)力集中的 薄弱部位產(chǎn)生過載開裂，氣密試驗(yàn)時(shí)漏氣。

1)法蘭盤接頭裂紋屬大應(yīng)力作用下的過載 斷裂。 2)法蘭盤接頭裝配時(shí)貼合不平整，在法蘭盤 根部產(chǎn)生側(cè)向的彎曲應(yīng)力，接頭材質(zhì)塑性較低，開 裂部位管壁厚度偏薄，是導(dǎo)致接頭開裂的原因。