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摘要：某型飞机挂弹钩是弹射多型炸弹和其他外挂物的投放设备，在使用维护中内部滚轮曾出现裂纹故障。本文对故障进行了原理分析，找出故障原因，并制定了预防措施，提升了交付用户装备的使用完好性。
关键词：挂弹钩滚轮；裂纹；故障分析；预防措施
Keywords：hook roller；crack；fault analysis；prevention measure
1 故障现象
某型飞机挂架大检查时，发现一挂架挂弹钩释放摇臂上的滚轮存在穿透性裂纹，如图1所示。
2 挂弹钩原理
挂架在悬挂外挂物前，挂钩处于开锁状态，如图2所示。悬挂外挂物时，前后吊耳同时进入壳体槽口内，外挂物上升使吊耳推动挂钩的鼻状端，前后挂钩分别以顺时针、逆时针转动，带动前后拉杆，使转接摇臂逆时针转动。同时，释放摇臂在复位弹簧作用下向顺时针方向转动，当释放摇臂上的滚轮与转接摇臂的搭接部位搭接时，挂弹钩锁闭，如图3所示。点燃抛放弹后，高压燃气推动活塞向下运动，活塞顶释放摇臂顺时针方向转动，滚轮克服转接摇臂弧形尖部阻力，在外挂物重力和挂弹钩弹射力作用下，前后挂钩打开，投下外挂物。
挂弹钩处于开锁状态时，滚轮与转接摇臂接触圆弧面接触。挂弹钩锁闭时，转接摇臂逆时针转动，滚轮沿转接摇臂接触圆弧面滚动。挂弹钩锁闭后，滚轮越过转接摇臂弧形尖部，进入转接摇臂的锁闭凹槽内，滚轮的作用是支撑和增加上（开）锁的灵活性。
3 原因分析与故障定位
3.1 原因分析
1）机理分析
对滚轮裂纹进行分析，导致滚轮裂纹的原因有三种：制造缺陷、外力突变产生或疲劳裂纹。
检查滚轮制造的符合性。据图样，滚轮材料为3Cr13，抗拉强度σb=1375±100MPa。测量滚轮外形尺寸符合制造图样要求。检查滚轮在释放摇臂的滚轮轴上能够自由转动和移动，无卡滞现象，符合滚轮装配要求。从问题滚轮表面可看出，除穿透性裂纹外还存在多处微小裂纹和压痕。因此，不排除制造缺陷的可能性。
滚轮受力分析。滚轮与滚轮轴为间隙配合，滚轮固定在释放摇臂滚轮轴上自由转动和移动，滚轮在挂弹钩锁闭过程中沿转接摇臂弧形凸部的接触圆弧面滚动，受外力作用较小，如图4、图5所示。当挂弹钩悬挂的外挂物上升，挂钩带动拉杆，拉杆带动转接摇臂转动，释放摇臂上滚轮沿转接摇臂的搭接部位旋转移动，即使滚轮在旋转过程中卡滞，由于外挂物受力方向的转接摇臂与滚轮之间为旋转受力，也不会产生较大外力。本次裂纹属修理后出厂零小时故障，没有悬挂过外挂物，因此可排除滚轮受较大外力作用瞬间断裂可能。
对释放摇臂滚轮轴安装部位进行检查。发现部分释放摇臂滚轮轴安装孔有光亮压痕，原因是二者间存在挤压、研磨，滚轮轴安装孔尺寸因磨损而超差。挂载外挂物时滚轮轴在安装孔内不同心，滚轮与转接摇臂挤压，造成滚轮内壁与滚轮轴外圆逐渐由面受力转变为点受力，滚轮内壁边沿产生微小裂纹，滚轮进入转接摇臂弧形凹部时，挂弹钩锁闭。在外挂物重力作用下，滚轮与转接摇臂弧形凹部刚性挤压，使滚轮受力而出现微小裂纹，同时在悬挂外挂物飞行过程中转接摇臂因飞行振动产生微小位移转动，造成受挤压的滚轮在转接摇臂的锁闭凹槽内转动，碾压滚轮轴，逐渐使裂纹扩展，最终导致滚轮疲劳断裂。
2）失效分析
对滚轮进行宏观检查，如图6所示，可以看出滚轮的表面断口平齐，断口周围无明显机械损伤，但滚轮外表面存在两处径向裂纹，同时有多处挤压痕迹。
将滚轮端面抛光浸蚀，在立体式显微镜及金相显微镜下观察裂纹，如图7所示，滚轮端面上除已知的a、c裂纹外，还存在内部裂纹b及已扩展至表面的裂纹d。4条裂纹特征相似，裂纹表面曲折，部分位置存在断裂的小颗粒。对c裂纹放大后观察，发现裂纹断面呈沿晶特征。滚轮的基体组织为回火马氏体。
对滚轮断口的微观形貌进行检查，如图8所示。断口可分为两个区域：沿晶断裂区及准解理断裂区。其中，沿晶断裂区占整个断口面积约60%～70%，其余为准解理断裂区。宏观观察沿晶断裂区的左下角颜色较深，如图9所示。在扫描电镜下呈沿晶特征。整个断面较为平坦，无明显源区及机械损伤痕迹。断面体式形貌和扫描形貌一致，可见明显沿晶区和准解理区分界线，准解理断裂区上存在始于沿晶/准解理交界处的扩展棱线。
综上检查结论，失效分析表明：滚轮断口的断裂顺序是先产生沿晶裂纹，而后以沿晶裂纹的前沿逐渐扩展形成准解理断口，最终断裂。结合已经存在的多条沿晶裂纹，可以推测沿晶裂纹应为制造过程中产生，准解理裂纹为使用过程中产生。
3.2 模拟验证
模拟挂弹钩滚轮失效（摘除释放摇臂内滚轮），将无滚轮的挂弹钩固定在挂弹钩综合投放试验台上，进行投放试验。试验表明，在没有滚轮的情况下，挂弹钩仍能锁闭外挂物；用开锁扳手手动释放，挂弹钩照常开锁。
3.3 问题定位
滚轮断裂原因为滚轮制造生产的特殊处理过程中回火或淬火温度控制不当，使铬的碳化物在晶界析出，降低了晶界强度，首先产生沿晶裂纹，以沿晶裂纹的前沿逐漸扩展形成准解理断口，使用过程中在悬挂外力及飞行振动等作用下，最终导致滚轮出现断裂性裂纹。
4 预防措施
1）将故障信息及失效分析情况反馈给挂弹钩制造单位，制造单位依据情况查清该批滚轮裂纹属制造过程中热处理回火温度控制不当导致。该批次滚轮共涉及90项挂弹钩。
2）修订产品修理工艺规程，将滚轮纳入固定探伤项目，严格修理工序质量管控，提升产品修理质量。
3）对涉及的该批次共90项挂弹钩滚轮进行探伤普查，发现裂纹立即换新，保证交付用户产品的可靠性。
参考文献
[1] 某型弹射持弹钩说明书[Z].中航工业郑州航空机载设备制造总厂，1990.
作者简介
钟创新，高级工程师，主要从事航空军械、火控系统修理技术研究工作。
关键词：挂弹钩滚轮；裂纹；故障分析；预防措施
Keywords：hook roller；crack；fault analysis；prevention measure
1 故障现象
某型飞机挂架大检查时，发现一挂架挂弹钩释放摇臂上的滚轮存在穿透性裂纹，如图1所示。
2 挂弹钩原理
挂架在悬挂外挂物前，挂钩处于开锁状态，如图2所示。悬挂外挂物时，前后吊耳同时进入壳体槽口内，外挂物上升使吊耳推动挂钩的鼻状端，前后挂钩分别以顺时针、逆时针转动，带动前后拉杆，使转接摇臂逆时针转动。同时，释放摇臂在复位弹簧作用下向顺时针方向转动，当释放摇臂上的滚轮与转接摇臂的搭接部位搭接时，挂弹钩锁闭，如图3所示。点燃抛放弹后，高压燃气推动活塞向下运动，活塞顶释放摇臂顺时针方向转动，滚轮克服转接摇臂弧形尖部阻力，在外挂物重力和挂弹钩弹射力作用下，前后挂钩打开，投下外挂物。
挂弹钩处于开锁状态时，滚轮与转接摇臂接触圆弧面接触。挂弹钩锁闭时，转接摇臂逆时针转动，滚轮沿转接摇臂接触圆弧面滚动。挂弹钩锁闭后，滚轮越过转接摇臂弧形尖部，进入转接摇臂的锁闭凹槽内，滚轮的作用是支撑和增加上（开）锁的灵活性。
3 原因分析与故障定位
3.1 原因分析
1）机理分析
对滚轮裂纹进行分析，导致滚轮裂纹的原因有三种：制造缺陷、外力突变产生或疲劳裂纹。
检查滚轮制造的符合性。据图样，滚轮材料为3Cr13，抗拉强度σb=1375±100MPa。测量滚轮外形尺寸符合制造图样要求。检查滚轮在释放摇臂的滚轮轴上能够自由转动和移动，无卡滞现象，符合滚轮装配要求。从问题滚轮表面可看出，除穿透性裂纹外还存在多处微小裂纹和压痕。因此，不排除制造缺陷的可能性。
滚轮受力分析。滚轮与滚轮轴为间隙配合，滚轮固定在释放摇臂滚轮轴上自由转动和移动，滚轮在挂弹钩锁闭过程中沿转接摇臂弧形凸部的接触圆弧面滚动，受外力作用较小，如图4、图5所示。当挂弹钩悬挂的外挂物上升，挂钩带动拉杆，拉杆带动转接摇臂转动，释放摇臂上滚轮沿转接摇臂的搭接部位旋转移动，即使滚轮在旋转过程中卡滞，由于外挂物受力方向的转接摇臂与滚轮之间为旋转受力，也不会产生较大外力。本次裂纹属修理后出厂零小时故障，没有悬挂过外挂物，因此可排除滚轮受较大外力作用瞬间断裂可能。
对释放摇臂滚轮轴安装部位进行检查。发现部分释放摇臂滚轮轴安装孔有光亮压痕，原因是二者间存在挤压、研磨，滚轮轴安装孔尺寸因磨损而超差。挂载外挂物时滚轮轴在安装孔内不同心，滚轮与转接摇臂挤压，造成滚轮内壁与滚轮轴外圆逐渐由面受力转变为点受力，滚轮内壁边沿产生微小裂纹，滚轮进入转接摇臂弧形凹部时，挂弹钩锁闭。在外挂物重力作用下，滚轮与转接摇臂弧形凹部刚性挤压，使滚轮受力而出现微小裂纹，同时在悬挂外挂物飞行过程中转接摇臂因飞行振动产生微小位移转动，造成受挤压的滚轮在转接摇臂的锁闭凹槽内转动，碾压滚轮轴，逐渐使裂纹扩展，最终导致滚轮疲劳断裂。
2）失效分析
对滚轮进行宏观检查，如图6所示，可以看出滚轮的表面断口平齐，断口周围无明显机械损伤，但滚轮外表面存在两处径向裂纹，同时有多处挤压痕迹。
将滚轮端面抛光浸蚀，在立体式显微镜及金相显微镜下观察裂纹，如图7所示，滚轮端面上除已知的a、c裂纹外，还存在内部裂纹b及已扩展至表面的裂纹d。4条裂纹特征相似，裂纹表面曲折，部分位置存在断裂的小颗粒。对c裂纹放大后观察，发现裂纹断面呈沿晶特征。滚轮的基体组织为回火马氏体。
对滚轮断口的微观形貌进行检查，如图8所示。断口可分为两个区域：沿晶断裂区及准解理断裂区。其中，沿晶断裂区占整个断口面积约60%～70%，其余为准解理断裂区。宏观观察沿晶断裂区的左下角颜色较深，如图9所示。在扫描电镜下呈沿晶特征。整个断面较为平坦，无明显源区及机械损伤痕迹。断面体式形貌和扫描形貌一致，可见明显沿晶区和准解理区分界线，准解理断裂区上存在始于沿晶/准解理交界处的扩展棱线。
综上检查结论，失效分析表明：滚轮断口的断裂顺序是先产生沿晶裂纹，而后以沿晶裂纹的前沿逐渐扩展形成准解理断口，最终断裂。结合已经存在的多条沿晶裂纹，可以推测沿晶裂纹应为制造过程中产生，准解理裂纹为使用过程中产生。
3.2 模拟验证
模拟挂弹钩滚轮失效（摘除释放摇臂内滚轮），将无滚轮的挂弹钩固定在挂弹钩综合投放试验台上，进行投放试验。试验表明，在没有滚轮的情况下，挂弹钩仍能锁闭外挂物；用开锁扳手手动释放，挂弹钩照常开锁。
3.3 问题定位
滚轮断裂原因为滚轮制造生产的特殊处理过程中回火或淬火温度控制不当，使铬的碳化物在晶界析出，降低了晶界强度，首先产生沿晶裂纹，以沿晶裂纹的前沿逐漸扩展形成准解理断口，使用过程中在悬挂外力及飞行振动等作用下，最终导致滚轮出现断裂性裂纹。
4 预防措施
1）将故障信息及失效分析情况反馈给挂弹钩制造单位，制造单位依据情况查清该批滚轮裂纹属制造过程中热处理回火温度控制不当导致。该批次滚轮共涉及90项挂弹钩。
2）修订产品修理工艺规程，将滚轮纳入固定探伤项目，严格修理工序质量管控，提升产品修理质量。
3）对涉及的该批次共90项挂弹钩滚轮进行探伤普查，发现裂纹立即换新，保证交付用户产品的可靠性。
参考文献
[1] 某型弹射持弹钩说明书[Z].中航工业郑州航空机载设备制造总厂，1990.
作者简介
钟创新，高级工程师，主要从事航空军械、火控系统修理技术研究工作。