第1章 失效分析基本概念及方法 1
1.1 失效分析基本概念 1
1.2 失效分析基本程序 4
1.3 失效分析基本思路 6
1.4 紧固件失效分析基本方法 8
1.4.1 宏观形貌分析 9
1.4.2 电子显微镜分析 9
1.4.3 金相分析 11
1.4.4 化学成分分析 12
1.4.5 力学性能测试 14
1.4.6 无损检测 14
1.4.7 残余应力测试 15
第2章 紧固件的基本类型与受力分析 17
2.1 紧固件的概念 17
2.2 紧固件结构特点与工作条件 17
2.3 螺纹紧固件的受力分析 19
2.3.1 螺栓受力分析及螺纹的载荷分布 19
2.3.2 螺栓破坏位置分析 20
2.3.3 塑性、脆性材料螺栓的拉伸应力分析 21
2.3.4 塑性、脆性材料螺栓的扭转应力分析 21
2.3.5 螺栓疲劳应力分析 22
2.3.6 螺栓和螺母紧固时的受力分析 22
2.4 螺纹紧固件的预紧与防松 23
2.4.1 螺纹紧固件的预紧 23
2.4.2 螺纹紧固件的防松 24
2.5 铆接接头的结构设计与受力分析 25
2.6 销的选择和受力分析 27
第3章 紧固件常用材料及其特点 29
3.1 紧固件选材 29
3.1.1 紧固件选材一般原则 29
3.1.2 紧固件选材一般标准和钢用螺纹紧固件性能等级 30
3.2 高温合金 31
3.2.1 紧固件用高温合金 31
3.2.2 高温合金材料的工艺特点 31
3.3 不锈钢 33
3.3.1 紧固件用不锈钢 33
3.3.2 不锈钢材料的工艺特点 33
3.4 结构钢 34
3.4.1 紧固件用结构钢 34
3.4.2 结构钢材料的工艺特点 34
3.5 钛合金 35
3.5.1 紧固件用钛合金 35
3.5.2 钛合金材料的工艺特点 35
3.6 铝合金 37
3.6.1 紧固件用铝合金 37
3.6.2 铝合金材料的工艺特点 37
3.7 铜合金 38
3.7.1 紧固件用铜合金 38
3.7.2 铜及铜合金材料的工艺特点 38
第4章 紧固件性能检测试验方法 40
4.1 紧固件的金相试样制备 40
4.1.1 金相试样的制备 40
4.1.2 金相试样的截取 41
4.1.3 金相试样的镶嵌 41
4.1.4 金相试样的磨制 41
4.1.5 金相试样的抛光 42
4.1.6 金相试样的浸蚀 43
4.2 紧固件的金相试验方法 43
4.3 紧固件的性能试验方法 45
4.3.1 拉力试验 45
4.3.2 楔负载试验 46
4.3.3 保证载荷试验 47
4.3.4 硬度试验 48
4.3.5 机加工试件的冲击试验 48
4.3.6 螺栓头部坚固性试验 48
4.3.7 氢脆试验和应力持久试验 49
第5章 紧固件制造过程中常见缺陷与控制 52
5.1 紧固件生产工艺流程 52
5.1.1 紧固件的成形 52
5.1.2 紧固件的机械加工 52
5.1.3 紧固件的热处理 54
5.1.4 紧固件的表面处理 54
5.1.5 紧固件的检验工序 54
5.2 紧固件因原材料质量造成的常见缺陷 54
5.2.1 原材料表面裂纹缺陷 54
5.2.2 原材料表面折叠 55
5.2.3 原材料表面脱碳 56
5.2.4 原材料表面粗晶环 56
5.2.5 原材料残余缩孔 57
5.2.6 原材料夹杂缺陷 57
5.3 紧固件成形工艺原因造成的缺陷 58
5.3.1 成形工艺不当所致粗晶或晶粒不均匀 58
5.3.2 成形工艺不当所致流线分布不顺或穿流 59
5.3.3 螺纹滚压工艺不当造成的缺陷 60
5.3.4 加工工艺不当造成的缺陷 63
5.3.5 成形工艺不当导致裂纹或过烧缺陷 63
5.3.6 锻造过程出现的热剪切 64
5.4 热处理工艺不当造成的缺陷 65
5.4.1 淬火裂纹 66
5.4.2 粗大组织 67
5.4.3 表面氧化 67
5.4.4 表面变质层 68
5.5 表面处理工艺不当造成的缺陷 69
第6章 紧固件常见失效模式与特征 72
6.1 过载断裂 72
6.1.1 韧性过载断裂 73
6.1.2 脆性过载断裂 77
6.2 氢脆 85
6.2.1 氢的来源 85
6.2.2 氢脆与应变速率 86
6.2.3 氢脆的宏观特征 87
6.2.4 氢脆的微观特征 88
6.2.5 影响氢脆的因素 91
6.3 应力腐蚀开裂 92
6.3.1 应力腐蚀开裂的条件与机理 92
6.3.2 应力腐蚀开裂的宏观特征 93
6.3.3 应力腐蚀开裂的微观特征 93
6.3.4 应力腐蚀开裂的影响因素 96
6.4 疲劳断裂 97
6.4.1 疲劳断裂机制 97
6.4.2 疲劳断裂特征及判断方法 98
6.4.3 影响紧固件疲劳性能的因素 105
6.5 腐蚀失效 108
6.5.1 腐蚀的分类 108
6.5.2 紧固件常见的腐蚀类型 109
6.5.3 腐蚀的形貌特征 110
6.5.4 紧固件腐蚀的影响因素 112
6.6 液态金属致脆 113
6.6.1 液态金属致脆的宏观特征 114
6.6.2 液态金属致脆的微观特征 114
6.7 高温所致失效 115
6.7.1 蠕变所致失效 115
6.7.2 二次回火脆性所致失效 118
6.8 变形与脱扣 118
第7章 紧固件失效预防措施 120
7.1 预防紧固件失效的通用措施 120
7.2 预防紧固件过载断裂失效的措施 122
7.3 预防紧固件氢脆和应力腐蚀导致失效的措施 123
7.4 预防紧固件疲劳所致失效的措施 125
7.5 预防紧固件液态金属致脆的措施 126
第8章 高温合金紧固件典型失效案例分析 127
8.1 GH738自锁螺母裂纹失效分析 127
8.1.1 试验过程与结果 127
8.1.2 模拟试验 127
8.1.3 分析与讨论 128
8.1.4 结论与启示 129
8.2 GH2036螺母裂纹失效分析 129
8.2.1 试验过程与结果 130
8.2.2 分析与讨论 131
8.2.3 结论与启示 132
8.3 GH2696高温合金螺桩断裂失效分析 132
8.3.1 试验过程与结果 132
8.3.2 分析与讨论 132
8.3.3 结论与启示 133
8.4 GH4037高温合金偏心衬套点状缺陷分析 134
8.4.1 试验过程与结果 134
8.4.2 模拟试验 134
8.4.3 分析与讨论 135
8.4.4 结论与启示 135
8.5 GH2132高温合金螺栓断裂失效分析 135
8.5.1 试验过程与结果 135
8.5.2 模拟试验 136
8.5.3 分析与讨论 136
8.5.4 结论与启示 137
8.6 GH4037紧固件用高温合金棒材裂纹分析 137
8.6.1 试验过程与结果 137
8.6.2 分析与讨论 138
8.6.3 结论与启示 138
第9章 有色金属紧固件典型失效案例分析 139
9.1 TC4钛合金托板螺母裂纹原因分析 139
9.1.1 试验过程与结果 139
9.1.2 模拟试验 139
9.1.3 分析与讨论 140
9.1.4 结论与启示 140
9.2 TB3钛合金螺钉脆性断裂原因分析 140
9.2.1 试验过程及结果 140
9.2.2 分析与讨论 142
9.2.3 结论与启示 142
9.3 钛合金螺栓强度低断口异常的故障原因分析 142
9.3.1 试验过程与结果 142
9.3.2 分析与讨论 143
9.3.3 结论与启示 144
9.4 2A10铝合金铆钉镦头开裂失效分析 144
9.4.1 试验过程与结果 144
9.4.2 模拟试验 145
9.4.3 分析与讨论 146
9.4.4 结论与启示 147
9.5 2A12铝合金卡箍强度偏高原因分析 147
9.5.1 试验过程与结果 147
9.5.2 分析与讨论 148
9.5.3 结论与启示 148
9.6 2A01铝合金铆钉强度超高原因分析 148
9.6.1 试验过程与结果 148
9.6.2 分析与讨论 149
9.6.3 结论与启示 149
9.7 QBe2铜合金导电柱螺栓断裂分析 149
9.7.1 试验过程及结果 149
9.7.2 分析与讨论 150
9.7.3 结论与启示 150
9.8 HPb59-1铜合金螺母裂纹分析 151
9.8.1 试验过程与结果 151
9.8.2 分析与讨论 151
9.8.3 结论与启示 152
9.9 TC4钛合金螺栓断裂原因分析 152
9.9.1 试验过程与结果 152
9.9.2 分析与讨论 152
9.9.3 结论与启示 154
9.10 TB3钛合金螺栓断裂分析 154
9.10.1 试验过程与结果 154
9.10.2 分析与讨论 154
9.10.3 结论与启示 155
第10章 不锈钢与结构钢紧固件典型失效案例分析 156
10.1 1Cr11Ni2W2MoV不锈钢螺栓断裂原因分析 156
10.1.1 试验过程与结果 156
10.1.2 分析与讨论 157
10.1.3 结论与启示 157
10.2 45碳钢止动销中心孔洞原因分析 157
10.2.1 试验过程与结果 158
10.2.2 工艺试验 158
10.2.3 分析与讨论 159
10.2.4 结论与启示 160
10.3 ML15碳钢铆钉表面缺陷分析 160
10.3.1 试验过程与结果 160
10.3.2 分析与讨论 161
10.3.3 结论与启示 161
10.4 M125碳钢螺母裂纹原因分析 161
10.4.1 试验过程与结果 161
10.4.2 分析与讨论 162
10.4.3 结论与启示 162
10.5 30CrMnSiA结构钢螺钉螺纹掉齿的原因分析 162
10.5.1 试验过程与结果 163
10.5.2 分析与讨论 163
10.5.3 结论与启示 164
10.6 30CrMnSiA结构钢镀镉螺栓断裂分析 164
10.6.1 试验过程及结果 164
10.6.2 分析与讨论 165
10.6.3 结论与启示 166
10.7 1Crl8Ni9Ti不锈钢铆钉头部裂口分析 166
10.7.1 试验过程与结果 166
10.7.2 分析与讨论 166
10.7.3 结论与启示 167
10.8 30CrMnSi结构钢螺钉断裂失效分析 167
10.8.1 试验过程与结果 167
10.8.2 分析与讨论 168
10.8.3 结论与启示 169
10.9 40CrNiMoA结构钢螺栓的断裂失效分析 169
10.9.1 试验过程与结果 169
10.9.2 模拟试验 170
10.9.3 分析与讨论 171
10.9.4 结论与启示 171
10.10 30CrMnSiA结构钢螺栓吸附磁粉的故障原因分析 171
10.10.1 试验过程与结果 171
10.10.2 分析与讨论 172
10.10.3 结论与启示 172
10.11 40CrNiMoA结构钢收口自锁螺母断裂分析 173
10.11.1 试验过程及结果 173
10.11.2 分析与讨论 173
10.11.3 结论与启示 174
10.12 30CrMnSiA结构钢镀锌螺栓断裂分析 174
10.12.1 试验过程及结果 174
10.12.2 分析与讨论 175
10.12.3 结论与启示 176
10.13 30CrMnSiA结构钢螺栓断裂原因分析 176
10.13.1 试验过程与结果 176
10.13.2 模拟试验 177
10.13.3 分析与讨论 178
10.13.4 结论与启示 179
10.14 30CrMnSiA结构钢紧固螺栓开裂原因分析 180
10.14.1 试验过程与结果 180
10.14.2 分析与讨论 180
10.14.3 模拟试验 181
10.14.4 结论与启示 183
10.15 1Cr17Ni2不锈钢卡箍螺栓失效分析 183
10.15.1 试验过程与结果 183
10.15.2 分析与讨论 185
10.15.3 结论与启示 185
10.16 40CrNiMoA结构钢螺栓拉力试验脆性断裂原因分析 185
10.16.1 试验过程与结果 185
10.16.2 分析与讨论 186
10.16.3 结论与启示 187
附录1 紧固件常用材料的牌号、技术标准与状态 188
附录2 航空发动机各类主要紧固件材料一览表 194
参考文献 198