浅析舱体用锁钩断裂原因分析

[摘 要]航空设备的安全、持续和稳定运行与零部件自身的质量有着不可分割的联系，要保证飞机的安全飞行，从飞机机体的角度来讲，要求飞机上每一个零部件工作可靠有效。所以说，零部件的质量水平直接影响航空设备的运行水平，所以重视航空零部件的产品质量问题非常的必要。锁钩普遍存在于飞机舱门机构中，用于将飞机舱门固定在某一位置，起着传递载荷，调整变形，快速链接、锁紧和开合舱体的作用，在这一使用工况下，零部件的失效将会造成舱门在空中无法打开，进而影响飞行任务的完成和造成安全问题。

The safe， continuous and stable operation of aviation equipment is inextricably linked to the quality of the parts themselves. To ensure the safe flight of the aircraft， from the perspective of the aircraft body， every part of the aircraft is required to work reliably and effectively. Therefore， the quality level of parts directly affects the operation level of aviation equipment， so it is necessary to pay attention to the product quality of aviation parts. The lock hook is widely used in the door mechanism， which is used to fix the door in a certain position. It plays the role of transmitting load， adjusting deformation， quickly linking， locking and opening and closing the cabin. Under this working condition， the failure of the parts will cause the door to be unable to open in the air， which will affect the completion of the flight mission and cause safety problems.

关键词：航空设备 舱门 锁钩 失效

1、引言

飞机舱体作为飞机的重要组成部分，不但是飞机正常运营情况下旅客登机的重要通道，而且还是飞机紧急情况下供乘客逃生的通道，其舱体锁钩起着保障舱门关闭安全的功能，当舱门完全处在关闭位置，并且后续舱门能够完成上闩、上锁的状态，才称为舱门关闭。所以锁钩是飞机舱体很重要的安全性机构部件，锁钩在门闩处锁紧时能够阻止舱体打开。当锁钩与其它结构组件完全搭合并且通过其它组件结构约束其位置进行舱体的“上闩”。即实现了舱门的关闭。锁钩的连接结构广泛存在于飞机整体中，通过与其他部件相互连接进行承载和传力，整体的连接件结构复杂，在恶劣的运行环境下，是优先发生破坏的薄弱环节，严重影响整机的寿命即使用。基于安全性考虑，锁钩的整体质量在整个的飞行环节中至关重要。

断裂锁钩材料为05Cr17Ni4Cu4Nb，属于马氏体沉淀硬化不锈钢，采用自由锻锻造而成，一件锻件制两件零件。该零件装配在某型号舱体产品中，在一次拆卸产品检查过程中发现该锁钩零件出现裂纹，如图1。零件的工艺生产流程为：机加工（钳、铣）→热处理（固溶＋时效）→机加工（铣、数铣、钳、线切割、钳）→磁粉探伤→表面处理（除油、钝化）→完工检验→交付。其中，热处理工艺为：箱式炉1040℃固溶，保温（30～50）min，风冷；空气炉480℃时效，保温（90～110）min，空冷。锁钩在日常使用过程中，需要用插销将锁钩与其它部件进行有效连接，见图2和图3，受委托对该锁钩断裂原因进行分析

2、试验分析

2.1 外观及宏观断口分析

对锁钩宏观断裂情况进行仔细观察，见图4，由于断裂锁钩体积较小，肉眼无法直接观察其断口形貌，借助金相显微镜对断裂锁钩宏观进行放大观察，其宏观断口形貌见图5和图6（图5+图6为锁钩断裂的整体宏观断口形貌），观察宏观断口形貌发现断裂源区呈放射状开裂，微观形貌为典型的解理断裂。

在断裂处附近进行理化分析 ，依据GB/T 1220-2007的要求，分别对其进行化学成分分析、硬度试验、非金属夹杂物，显微组织等进行分析（由于锁钩体积较小，其余检测项无法进行检测），并用金相显微镜对其基体组织进行分析。

2.2 化学分析

对锁钩的样品进行化学成分分析，分析结果见表1，从表1中可以看出：锁钩的化学成分各元素含量均符合GB/T 1220-2007标准中05Cr17Ni4Cu4Nb的要求。

2.3 硬度试验

在锁钩断裂附近处进行硬度试验，硬度试验结果见表2，试验结果表明，硬度值满足GB/T 1220-2007标准中05Cr17Ni4Cu4Nb的要求。

2.4 金相分析

2.4.1非金属夹杂物

在扫描电镜试样附近截取金相试样，经磨制后进行非金属夹杂物检验，见图7。依据国标GB/T10561-2023对夹杂物进行评级：D类 0.5级；非金属夹杂物数量不多，对材料的性能无较大影响。

2.4.2 金相组织

对断裂锁钩进行金相组织分析，试样经磨制抛光后，用FeCl3溶液腐蚀后，组织为马氏体+少量体素体，典型金相组织图片见图8和图9 。可见断裂锁钩的金相组织是符合相关标准要求的。

2.4.3扫描电镜分析结果

在锁钩断裂源位置（对使用过程中断裂样品的断口进行扫描电镜分析）切取扫描电镜试样，断裂源区在扫描电镜下观察，其SEM形态见图 10 ，断裂源放大后SEM形貌见图11和图12。可以看出断口裂纹源处有汇聚条纹，裂纹从裂纹源处向四周扩展。

3、综合讨论

锁钩纯净度合格，化学成分符合GB/T 1220-2007标准中05Cr17Ni4Cu4Nb材质的要求，硬度值满足标准要求，其余检测项均满足GB/T 1220-2007的要求。锁钩断口面较为平整，为典型的解理断裂，裂纹萌生于锁钩内部与插销接触的地方，用插销将锁钩与其它部件连接时，插销无法正常将锁钩与其它部件进行连接，连接时需借助其它工具，插销直径比锁钩及其它部件的中心孔略微大一些。

4、结论

4.1 从锁钩断裂断口处未发现有氢脆现象。观察宏观断口形貌发现断裂源区呈放射状开裂，微观形貌为典型的解理断裂。裂纹源位于锁钩孔内部与插销接触面一侧。

4.2 用插销将锁钩与其它部件的连接时，插销无法正常将锁钩与其它部件连接，插销的直径明显大于锁钩中心孔的直径，需借助榔头等工具。在此情况下安装插销时，锁钩中心孔受到不应有的附加应力，导致锁钩中心孔挤压力过大。该应力极大可能来源于安装应力，但同时也不排除加工中锁钩中心孔存在微小裂纹，因此产生应力集中，在服役与安装应力作用下发生裂纹快速扩展，直至锁钩断裂。

参考文献

[1]王荣编著 失效机理分析与对策 上海材料研究所

[2]GB/T230.1-2018 金属材料 洛氏硬度试验第1部分：试验方法[S]

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[4]GB/T10561-2023 钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法[S]

[5]GB/T13298-2015 金属显微组织检验方法[S]

作者简介：何菊年，1984年01月生，高级工程师，长期从事金属材料相关工作