陳 忱，王 鵬，曹瑤琴，諶廣昌

(1.中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001;2.海軍駐景德鎮(zhèn)地區(qū)航空軍事代表室，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

熱損傷是飛行器結(jié)構(gòu)損傷的主要形式之一，它是指飛行器結(jié)構(gòu)遇到高溫造成的機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷。飛行器結(jié)構(gòu)熱損傷不僅存在起泡、變形等顯而易見的外部損傷，而且還會因受熱而引起強(qiáng)度、剛度、硬度等機(jī)械性能的變化。飛行器結(jié)構(gòu)的熱損傷是引起飛行器事故的隱患，因此準(zhǔn)確地確定飛機(jī)結(jié)構(gòu)熱損傷的范圍及程度，對保障飛行安全有著重要的作用。目前國內(nèi)外對鈦合金的熱損傷評定進(jìn)行了較多的研究?？哲姷谝缓娇諏W(xué)院的侯日立、于克杰、吳德新[1-3]，空軍航空維修技術(shù)學(xué)院的陳勇[4]等人對鈦合金的熱損傷檢測進(jìn)行了大量研究，提出了鈦合金熱損傷檢測的準(zhǔn)確度要求和經(jīng)濟(jì)性要求。本文在借鑒其研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用維氏硬度測試法及金相檢測法對燒傷的鈦合金板材進(jìn)行檢測和評定。

1 燒傷情況描述

某型直升機(jī)由于發(fā)動機(jī)艙溫度過高，導(dǎo)致排氣口下方的二段平臺被燒傷。本次燒傷的區(qū)域主要為直升機(jī)動力艙的二段平臺，處于直升機(jī)發(fā)動機(jī)的正下方，為發(fā)動機(jī)的安裝平臺，同時在直升機(jī)中傳遞一定的載荷，在直升機(jī)中具有重要作用，其性能直接影響直升機(jī)的飛行安全。目前該平臺采用TA2-M-GJB2505A鈦合金板材制造，主要承受靜載荷的作用，其具體示意見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)分布圖

因此，為保證型號的結(jié)構(gòu)安全，盡量減少因此次燒傷造成的經(jīng)濟(jì)損失，降低修理難度，需對燒傷的二段平臺鈦合金進(jìn)行熱損傷檢測評估，以便準(zhǔn)確判定其損傷程度并確定后續(xù)修理方式。

2 試驗過程及方法

2.1 試驗過程

對于燒傷的航空構(gòu)件而言，其強(qiáng)度和組織均勻狀況是否受到熱損傷影響是工程應(yīng)用中十分關(guān)心的問題。研究表明，目前航空結(jié)構(gòu)件熱損傷檢測的方法主要有力學(xué)性能測試、硬度測試、表面顏色觀察、金相組織觀察等。由于此次燒傷區(qū)域不大，且力學(xué)性能測試會對構(gòu)件產(chǎn)生破壞，實際操作困難，因此根據(jù)上述分析，可以通過維氏硬度測試法、金相法、表面觀察法對動力艙二段平臺鈦合金燒傷部位進(jìn)行熱損傷檢測和評定。

2.2 試驗方法

對燒傷區(qū)域進(jìn)行清洗，去除表面油污，觀察燒傷區(qū)域的顏色變化情況，初步判斷鈦合金的燒傷程度。

選取動力艙二段平臺順航向左側(cè)、順航向右側(cè)及防火墻鈦合金變色嚴(yán)重的部位進(jìn)行檢測取樣，并且選取狀態(tài)完好且與裝機(jī)件完全一致的TA2-M-δ0.6 GJB2505A鈦合金進(jìn)行維氏硬度檢測。試驗設(shè)備采用徠卡維氏硬度計。試驗方法為GB/T 4340.1-1999《金屬維氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》。根據(jù)燒傷部位鈦合金硬度與狀態(tài)完好的鈦合金板材硬度之間的對比，判定此次受影響鈦合金板材的力學(xué)性能的變化情況。

此外采用徠卡金相顯微鏡，按照GB/T 5168.1-1985《兩相鈦合金高低倍組織檢測方法》對燒傷部位試樣及狀態(tài)完好的試樣進(jìn)行金相檢測，判斷燒傷鈦合金的金相組織是否發(fā)生變化

3 檢測結(jié)果與分析

3.1 表面顏色觀察

通過對動力艙二段平臺TA2鈦合金板材的燒傷現(xiàn)場進(jìn)行觀察，可見左、右發(fā)排氣口下方區(qū)域的平臺板(傳動平臺第二段)上下表面顏色發(fā)黃發(fā)黑。為去除平臺板表面的油污，采用清洗劑對平臺板發(fā)黃發(fā)黑表面進(jìn)行清洗，清洗后其表面發(fā)黑程度降低，但仍存在發(fā)黃發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。平臺板疑似燒傷區(qū)域如俯視圖所示(圖2，不顯示排氣罩)。

圖2 疑似燒傷區(qū)域

研究表明，鈦合金在高溫下通常會形成一層較薄、致密和穩(wěn)定的氧化膜，它具有保護(hù)作用，可以阻止氧向內(nèi)部擴(kuò)散，防止進(jìn)一步氧化。查閱相關(guān)手冊，鈦合金表面的氧化膜顏色與其具體的使用溫度見表1[5]。由表1可知，如鈦合金表面燒傷后出現(xiàn)發(fā)黃發(fā)藍(lán)的現(xiàn)象，則其燒傷溫度可能達(dá)到500℃，這與直升機(jī)設(shè)計中設(shè)定的發(fā)動機(jī)支撐點最高溫度300℃不符，所以不能判斷鈦合金板的燒傷程度，需進(jìn)行進(jìn)一步檢測分析。

表1 鈦合金氧化膜顏色與溫度的關(guān)系

3.2 硬度

硬度測試結(jié)果如表2所示。由測試結(jié)果可知，受熱影響的動力艙二段平臺順航向左側(cè)、順航向右側(cè)及防火墻鈦合金的硬度值與正常鈦合金的硬度基本相當(dāng)，僅有輕微下降。其中正常TA2板材的維氏硬度在180左右，而受熱影響部位的TA2板材的維氏硬度均在170～180之間。

表2 鈦合金維氏硬度測試結(jié)果

3.3 金相檢測

對受熱影響的動力艙二段平臺順航向左側(cè)、順航向右側(cè)及防火墻鈦合金的金相組織進(jìn)行檢測，其金相組織均為單相的α的組織，未見異常組織的產(chǎn)生。

4 結(jié)論及建議

1) 根據(jù)對熱影響鈦合金的硬度測試及金相組織觀察分析可見，受熱影響區(qū)域的鈦合金的硬度并未發(fā)生明顯改變，且金相組織也未發(fā)生改變，因此，可以判斷動力艙二段平臺順航向左側(cè)、順航向右側(cè)及防火墻鈦合金未過燒，材料狀態(tài)未發(fā)生改變，可以繼續(xù)使用。

2) 對于動力艙二段平臺順航向左側(cè)、順航向右側(cè)及防火墻鈦合金，建議選用強(qiáng)度更高、耐溫性能更好的TC1/TC2低強(qiáng)度鈦合金替代TA2。 TC系列鈦合金薄板具有強(qiáng)度相對較高、高溫性能保持率好等特點。TC1常溫下的強(qiáng)度為590～735 MPa，400℃仍有310MPa以上。TC4常溫下的強(qiáng)度為890～1100 MPa，400℃仍有590MPa以上。因此，建議后續(xù)型號改用推薦的鈦合金板。