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30CrMnSiNi2A鋼是我國航空工業(yè)廣泛應用的低合金超高強度鋼，其具有較好的淬透性，經熱處理后具有較高的強度、塑性和韌性，以及良好的抗疲勞性和斷裂韌性，低的疲勞裂紋擴展速率，但對缺口和氫脆（包括環(huán)境氫脆）較敏感。起落架是飛機的關鍵部件之一，可用于支承飛機質量、吸收撞擊能量，要求其具有高的強度和韌性、良好的耐腐蝕性和抗疲勞性等，因此常選用超高強度鋼制造及裝配起落架零件。為充分發(fā)揮超高強度鋼的優(yōu)異性能，需要對結構中零件采用不同的處理工藝，通常采用電鍍或磷化等表面處理方法提高零件的耐腐蝕性能。但是表面處理工藝與超高強度鋼自身對氫脆較敏感，如果工藝設計和實施不當，會導致產品出現質量問題，影響起落架的安全使用。

將安裝軸與前起落架輪叉連接，用于安裝前機輪，安裝軸的材料為30CrMnSiNi2A鋼，熱處理要求強度為（1 666±98） MPa，外表面桿部鍍硬鉻，其余表面進行磷化處理。該安裝軸大修后隨飛機裝機并使用一段時間后，經磁粉檢測發(fā)現在安裝軸端頭支撐面附近的R角周向有多處裂紋，裂紋斷續(xù)，長度不等。采用一系列理化檢驗方法對安裝軸裂紋產生的原因進行分析，并提出了改進措施，以避免該類問題再次發(fā)生。

1. 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

開裂安裝軸宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：光桿部位兩個鍍鉻區(qū)域光亮，中間段及左側端頭支撐面的亮灰色區(qū)為磷化處理表面，鍍鉻層表面沿周向可見磨損痕，有些磨痕與周向呈傾斜角度。

圖 1 開裂安裝軸宏觀形貌

安裝軸支撐面R角周向表面宏觀形貌如圖2所示。由圖2可知：裂紋位于支撐面附近R角區(qū)域，目視無法辨識裂紋特征，支撐面約3/4周可見磨損發(fā)亮，磨損區(qū)寬度相近，局部R角根部有周向擠壓痕，端頭四方面表面完整，相鄰四方面與圓角結合的支撐面局部磨損發(fā)亮，表面的磷化層呈亮灰色。

圖 2 安裝軸支撐面R角周向表面宏觀形貌

在體視顯微鏡下對R角區(qū)域裂紋進行觀察，結果如圖3所示。由圖3可知：裂紋位于R角區(qū)域表面，沿周向呈斷續(xù)分布，裂紋區(qū)約占2/5圓周，在裂紋附近的支撐面上可見周向局部磨損痕，寬度相近，磨損程度逐漸減輕，這些表面磨損痕跡由裝配后與機輪等零件配合接觸所致。

圖 3 R角區(qū)域裂紋在體視顯微鏡下的形貌

將裂紋區(qū)沿縱向垂直表面切割，在裂紋區(qū)背面周向用砂輪打磨減薄截面，打斷后觀察斷口的宏觀形貌，結果如圖4所示。由圖4可知：靠近切割邊緣的裂紋較長，其斷面寬度相近，寬度約為0.39 mm，斷面較平齊，表面較粗糙，呈暗褐色；裂紋呈不連續(xù)狀，伴隨出現兩處小裂紋斷面，裂紋長度分別為2.83，2.16 mm，裂紋深度為0.17 mm，呈暗褐色，打斷區(qū)呈亮灰金屬色，撕裂棱線明顯。

圖 4 裂紋斷口宏觀形貌

1.2 掃描電鏡（SEM）及能譜分析

用掃描電鏡對裂紋區(qū)進行觀察，結果如圖5所示。由圖5可知：表面裂紋沿周向斷續(xù)分布，局部還出現并列排布裂紋，裂紋附近表面膜層吻合性較好，磷化層表面呈針狀形貌，無明顯膜層損傷、缺失現象。

圖 5 裂紋表面SEM形貌

利用掃描電鏡對多處裂紋斷口進行觀察，結果如圖6所示。由圖6可知：各處裂紋的深度相近，斷口呈沿晶形貌，局部可見擴展臺階，附近撕裂棱線明顯，靠近膜層的斷口晶面上局部有附著物聚集，斷口中部區(qū)域呈沿晶形貌，晶粒表面較干凈；人為打斷區(qū)和裂紋斷面處的分界線明顯，形貌由沿晶特征轉變?yōu)轫g窩特征，晶面上可見撕裂棱線形貌，且伴有沿晶二次裂紋。

圖 6 裂紋斷口SEM形貌

在斷口上從膜層向基體瞬斷區(qū)，并經過裂紋區(qū)取樣，對各位置試樣分別進行能譜分析，結果如表1所示。由表1可知：膜層表面主要含有磷化處理的相關元素，如P、Zn、K、Ca等元素，其中C、O元素含量較多，與表面裸露有關，膜層附近的斷面上存在少量的膜層成分，C、O元素含量變少，說明裂紋開口縫隙的膜層物質轉移附著；裂紋區(qū)、過渡區(qū)斷口表面除含有正常基體元素外，還含有C、O元素及微量Zn元素，說明裂紋表面有氧化現象，但未見Cl、S等外來腐蝕介質元素；瞬斷區(qū)為正常的材料基體成分，由于斷面較新鮮，其表面氧元素含量較少。