发布时间 : 星期一 文章30CrMnSi Ni2A飞机起落架热处理工艺设计解析 - 图文更新完毕开始阅读01a95b4453d380eb6294dd88d0d233d4b04e3f48
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1 30CrMnSiNi2A钢热处理工艺概述
除一些小型飞机和直升机外，飞机起落架主要受力结构件，如主体支柱外筒、活塞杆，前体支柱外筒、活塞杆，斜撑杆，上、下防扭力臂，机轮大轴，紧固螺栓等，
起落架是飞机上重要而特别的部件，它不参与机体的结构和性能，却极大地影响飞机的使用与安全。因此，起落架一直是飞机设计中的一个重要组成部分，同时又在设计思想和选材等方面与机体结构不同。世界航空工业已走过100 余年的光辉历程，随着材料和制造技术的不断进步，各类军用、民用飞机起落架越来越轻量、可靠。目前世界上航空业发达的国家均已形成了起落架材料体系。我国现在正紧锣密鼓地开展大飞机的制造，其起落架结构尺寸更大，寿命更长（着陆次数一般为6万次）、可靠性要求更高，对现有材料如何选择，需要我们工作者认真思索。
30CrMnSiNi2A是我国广泛使用的一种综合性能良好的低合金超高强度钢，主要用于制造飞机起落架、机翼、发动机壳体等受力结构件，及高压连接件和高扭短轴零件[1]。鉴于该钢在各个领域的重要作用，许多学者对其各方面性能进行了大量的研究。
30CrMnSiNi2A属于低合金超高强度钢。它是在高强度钢30CrMnSiA的基础上加入1.4％～1.8％的Ni而得到的[2]。由于Ni的加入，提高了钢的强韧性和塑性。并大大提高钢的淬透性。截面直径小于50mm的零件可以在油中完全淬透。低合金超高强度钢原材料和制造费用相对较低。我国用来制造各种导弹发动机壳体。低合金超高强度钢往往是用复合组织和其他强韧化机制结合来提高强韧性。根据文献中对低合金超高强度钢强韧性热处理工艺方法的研究可以知道。马氏体的复合组织是一种非常理想的强韧性匹配很好的组织。通过超高温淬火、分级淬火、等温淬火等热处理方法都能得到马氏体与少量韧性相的复合组织。马氏体与奥氏体、马氏体与下贝氏体、马氏体与下贝氏体和残余奥氏体三相复合组织，都具有非常好的强韧性配合。
30CrMnSiNi2A钢是广泛使用的低合金高强度钢该钢在30CrMnSiNi2A的基础上提高了锰和铬的含量并且添加了1.4~1.6%的镍使其淬透性得到明显的提高改善了钢的韧性和抗回火稳定性，经热处理后可获得高的强度、好的塑性和韧性、良好的抗疲劳性能和断裂韧性、低的疲劳裂纹扩展速率，适宜制造高强度连接材料和轴类零件等重要受力结构部件。
2 服役条件、失效形式
服役条件：起落架是供飞机起飞、着陆、滑行和停放使用的，属重要受力部件，直
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接影响着飞机的使用和安全。
失效形式：起落架不仅承受静载荷，而且承受很大的冲击力和疲劳载荷，特别主起落架的外筒，在着陆瞬间承受着复杂交变的压力、拉力、扭力和弯矩；同时外筒还作为减震器的一个组件，由于内腔充气而承受较大的内压力，所以要求零件有较高的抗拉强度，具有足够多的冲击韧度和抗疲劳性能；为了减轻结构的重量，要求有很高的比强度和良好的综合性能。起落架外筒大多是采用超高强度钢制造的焊接结构件或整体结构件。
图1 飞机起落架简图
图2 起落架支柱
3 材料选择
对于30CrMnSiNi2A钢，工艺要求淬火预热温度为（600±10）℃，淬火奥氏体化温度为（900±10）℃。
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30CrMnSiNi2A钢是在30CrMn钢的基础上加入Si、Ni元素研制成的，属超高强度钢，常用于制造重要结构件。近年来也用来制造塑料模具，尤其是制造要求强度高、韧性好的大、中型塑料模具。其始锻温度1120~1160℃，终锻温度850℃，锻造后缓慢冷却。 30CrMnSiNi2A钢中碳保持在0.30%左右，便于强度与韧性的良好配合。钢中加入Cr、Mn、Si、Ni元素，主要是提高钢的淬透性，兼有固溶强化基体组织、改善基体组织的回火稳定性作用。30CrMnSiNi2A钢淬火加热时，Cr、Mn、Si、Ni元素完全固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性[3]。淬火后，Cr、Mn、Si、Ni元素固溶强化基体组织，并改善基体组织的回火稳定性。低温回火时，部分Cr、Mn元素从基体组织中扩散到析出的渗碳体Fe3C中形成合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C。30CrMnSiNi2A钢中加入Cr、Ni元素，可增强钢的耐蚀性，Ni元素可改善钢的韧性。钢中加入Si元素可增强钢的回火稳定性，但易使钢产生脱碳倾向。加入Mn元素可提高钢的淬透性，但却使钢产生过热敏感性。
表1 30CrMnSiNi2A钢的化学成分（质量分数）（%）
C 0.28
Si 1.06
Mn 1.11
S 0.005
P 0.011
Ni 1.51
Cr 1.05
Cu 0.17
Ti 0.01
W 0.03
V 0.01
Mo 0.10
表2 30CrMnSiNi2A钢力学性能
热处理状态 调制 退火
屈服强度σ0.2/Mpa
1456.67 473.00
抗拉强度σb/Mpa
1736.67 788.00
断面收缩率ψ（%）
50.5 50.5
伸长率（%）
12.67 13.70
表3 30CrMnSiNi2A钢的主要力学性能
名称 30CrMnSiNi2A
σb（Mpa） 1620
σ0.2（Mpa）
1357
σs（%）
9
ψ（%） 45
AK（J） 47
KK(Mpa.m1/2)
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4 30CrMnSiNi2A钢的C曲线
图2 30CrMnSiNi2A钢的C曲线
5 加工工艺流程：
锻造→正火+退火→机械加工→去应力退火→（焊接→去应力退火→）淬火+回火→校正→去应力退火→精加工→去应力退火→喷丸→探伤→表面处理→探伤→喷漆[4]
6 热处理工艺曲线
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