某型高射炮彈體藥室環(huán)裂問題探討

聶林濤 邱 俊

(92060部隊 大連 116041)

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某型高射炮彈體藥室環(huán)裂問題探討

聶林濤 邱 俊

(92060部隊 大連 116041)

某彈藥廠生產(chǎn)的某型高射炮殺傷榴彈存在彈體藥室環(huán)狀裂紋的質(zhì)量問題。通過改變工藝及試驗條件進(jìn)行工藝分析試驗,得出某型高射炮殺傷榴彈在生產(chǎn)過程中存在彈體藥室環(huán)狀裂紋的原因,提出了避免炮彈在生產(chǎn)過程中彈體產(chǎn)生環(huán)狀裂紋的現(xiàn)象發(fā)生的措施。

高射炮; 藥室; 環(huán)裂

Class Number TJ430.63

1 問題概況

某彈藥廠生產(chǎn)的某型高射炮殺傷榴彈自2009年大量生產(chǎn)后,一直存在著彈體藥室環(huán)狀裂紋的質(zhì)量問題。據(jù)2009年至2013年9月統(tǒng)計結(jié)果,具有環(huán)狀裂紋的產(chǎn)品約占0.1%,如表1所示。

表1 某彈藥廠2009年～2013年產(chǎn)品檢驗統(tǒng)計

雖然在切口工序以后要100%檢查彈體藥室內(nèi)表面質(zhì)量,但仍有漏檢而使有環(huán)狀裂紋的產(chǎn)品混入良品之中。

2 環(huán)狀裂紋試驗

1) 具有環(huán)狀裂紋產(chǎn)品的規(guī)律

首先剖切了大量有環(huán)狀裂紋的產(chǎn)品作低倍組織、金相觀察和剖面硬度值測定,從中發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:

(1)環(huán)裂產(chǎn)品都是在引伸工序中發(fā)現(xiàn)的;

(2)裂紋呈環(huán)狀,由內(nèi)壁開始向外、向上延伸,與軸線約成45°,沒有縱向裂紋;

(3)裂紋一般為一條,個別產(chǎn)品為2～3條,輕則局部,重則整圈;

(4)裂紋深度輕則表層,重則深3～4毫米,一般為2～3毫米;

(5)裂紋均在距藥室底平面25～37毫米范圍內(nèi)的位置;

(6)環(huán)狀裂紋產(chǎn)品的剖面硬度值比未裂產(chǎn)品的剖面硬度值平均高HRF2.2～3.8度;

(7)環(huán)裂產(chǎn)品與未裂產(chǎn)品相比,其低倍組織除

有裂紋區(qū)別外,無其它差別,金相組織也無明顯差異。從上述各點可以看出:具有環(huán)狀裂紋的產(chǎn)品有一定的共性,幾乎每個月都有,約占0.1%,生產(chǎn)中有一系列因素造成了彈體藥室環(huán)裂;這種疵病與原材料關(guān)系不大,因為原材料造成的疵病不可能在彈體的同一部位出現(xiàn),也不會具有一定的走向規(guī)律?？梢娫谏a(chǎn)中有一個不正常的工藝規(guī)范在起作用[2]。

2) 工藝分析試驗

第1次試驗,其試驗項目、試驗條件和試驗結(jié)果如下:

(1)冷擠壓工序:剪切棒料端面粗糙不平,有魚鱗狀撕裂凸起和一兩次擠壓沖頭粗糙對致裂的影響。毛坯重量由570±5g增加至585±5g,口部金屬厚度增多,引伸力增大后對致裂的影響。一擠隔膜尺寸加厚0.5、1.0、1.5、2.0mm等四個尺寸,引伸量增加后對致裂的影響[3]。

(2)酸洗磷化工序:酸洗時間由工藝規(guī)定10～15min增加到60～120min,二次擠壓半成品滲氫變脆對致裂的影響。二次擠壓后漏掉酸洗磷化工序,引伸力增大對致裂的影響[4]。

(3)再結(jié)晶退火工序:不進(jìn)行第二次再結(jié)晶退火,二次擠壓和引伸力增大后對致裂的影響。退火溫度增高達(dá)到1160℃以上,半成品產(chǎn)生過熱過燒對致裂的影響[5]。退火不足,再結(jié)晶不完全對致裂的影響。結(jié)果均沒有出現(xiàn)環(huán)狀裂紋。

以上試驗沒有找到致裂的原因。經(jīng)進(jìn)一步調(diào)查分析,認(rèn)為在實際生產(chǎn)中有如下一種偶然因素可能使彈體藥室致裂。即:第二次再結(jié)晶退火工序,在上下班或中途停電時,電參數(shù)未達(dá)到工藝規(guī)定范圍,半成品雖加熱了但溫度不夠,沒有達(dá)到再結(jié)晶溫度,也就沒能使半成品消除內(nèi)應(yīng)力而軟化,以利于第二次擠壓加工;相反變成了人工時效而進(jìn)一步使材料脆化,在二擠時造成了彈體藥室環(huán)狀裂紋[6]。

為此做了第二次工藝試驗,試驗情況如下:

(4)一次擠壓后人工時效的影響

試驗樣品數(shù)量108,試驗條件:①采用箱式電阻加熱;②加熱溫度380℃～390℃;③保溫時間為90min;④冷卻方式為空冷。試驗結(jié)果為:產(chǎn)生了環(huán)狀裂紋,共89件,占試驗數(shù)的82%;裂紋的位置和形式與問題的狀況一樣。結(jié)果分析:證實了以上分析,但其加熱方式或規(guī)范均與實際生產(chǎn)中用頻感應(yīng)加熱的方式不完全相同。

(5)中頻感應(yīng)加熱中途停電的影響

試驗樣品數(shù)量262,試驗條件:在連續(xù)送料的情況下,通電加熱半成品接著又立即斷電至冷,冷熱交替,反復(fù)多次。試驗結(jié)果為:產(chǎn)生環(huán)狀裂紋,83件,占試驗數(shù)的31%。結(jié)果分析:在中頻感應(yīng)加熱條件下,如果電參數(shù)規(guī)范偶然發(fā)生誤差,有一部分產(chǎn)品就會發(fā)生時效變脆,造成環(huán)狀裂紋[7]。

(6)中頻感應(yīng)加熱功率和環(huán)狀裂紋的關(guān)系

試驗條件:調(diào)整加熱功率,由室溫逐漸升高,從20kW到70kW每增加5kW加熱一組產(chǎn)品。試驗結(jié)果為:加熱功率低于30kW或高于65kW均不產(chǎn)生環(huán)裂,而在其區(qū)間內(nèi),環(huán)裂產(chǎn)品比例隨加熱功率的提高而增大;達(dá)到50kW～55kW時100%環(huán)裂。結(jié)果分析:加熱功率的大小,實際上反映了被加熱產(chǎn)品的溫度的高低,可見環(huán)裂的產(chǎn)品與加熱功率有密切的關(guān)系。

(7)加熱溫度和彈體藥室環(huán)裂的關(guān)系

試驗條件:①采用箱式電阻爐加熱,由200℃至700℃范圍內(nèi)每隔50℃加熱一組產(chǎn)品;②保溫時間為90min;③冷卻方式為空冷。試驗結(jié)果為:加熱溫度低于250℃或高于500℃時均不產(chǎn)生環(huán)狀裂紋,而高于250℃隨著溫度增加,環(huán)裂產(chǎn)品比例逐漸提高;溫度達(dá)到410℃時100%的產(chǎn)品產(chǎn)生環(huán)裂;大于410℃后,溫度增加,環(huán)裂比例下降;超過500℃后就不再出現(xiàn)環(huán)裂現(xiàn)象。結(jié)果分析:從第(6)、(7)項試驗可以得出加熱功率和加熱溫度有下列近似關(guān)系:30kW～65kW→250℃～500℃;其中:30kW～35kW→250℃～300℃;50kW～55kW→410℃;65kW～70kW→500℃;可見加熱溫度不正常是產(chǎn)生環(huán)狀裂紋的真正原因。

通過以上工藝試驗分析,找到了某型高射炮榴彈彈體產(chǎn)生環(huán)狀裂紋的主要原因。隨后又通過2900余發(fā)彈體的工藝加工試驗,進(jìn)一步探明了致裂的原因及相關(guān)因素的影響。

3 產(chǎn)生環(huán)裂的原因分析

棒料經(jīng)一次擠壓發(fā)生冷作硬化后,在做再結(jié)晶退火時,由于操作不當(dāng),使加熱功率下降,當(dāng)加熱功率處于30kW～65kW范圍內(nèi)時,此時的加熱溫度相當(dāng)于250℃～500℃之間,半成品沒有達(dá)到再結(jié)晶溫度,材料沒有得到軟化[8]。相反S15A鋼在250℃～500℃加熱溫度區(qū)間是蘭脆區(qū),使材料的塑性顯著下降,變形抗力明顯提高。這樣的毛坯料在二次擠壓時就會在最大變形區(qū)產(chǎn)生裂紋,并隨金屬組織的流動而與彈軸夾一銳角而不是直角[9]。經(jīng)過酸洗磷化工序后,應(yīng)力腐蝕作用使裂紋得以發(fā)展,在宏觀上就顯現(xiàn)出來了。

4 結(jié)語

本文通過試驗研究了某型高射炮炮彈在生產(chǎn)過程中彈體產(chǎn)生環(huán)裂的原因及相關(guān)因素對致裂的影響,提出以下措施避免炮彈在生產(chǎn)過程中彈體產(chǎn)生環(huán)狀裂紋的現(xiàn)象發(fā)生[10]。

1) 嚴(yán)格崗位責(zé)任制,在退火工序中經(jīng)常保持電參數(shù)和加熱規(guī)范正確,以確保再結(jié)晶的完成。

2) 在上下班、送停電、升降溫時,建立和執(zhí)行加“試料”的制度,待電參數(shù)和加熱規(guī)范完全符合要求后,才能加入正常的半成品進(jìn)行退火處理。

3) 將二次擠壓后的酸洗磷化工序移至引伸工序以后進(jìn)行。

4) 加強彈體的成品檢驗。

[1] 樊富友,于娟,陳明,等.制導(dǎo)炸彈彈體結(jié)構(gòu)可靠性分析與應(yīng)用[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2014,42(4):144-147.

[2] 韓仲林.某火箭燃燒室內(nèi)表面環(huán)狀裂紋分析[J].兵器材料科學(xué)與工程,1991(6):53-56.

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[4] 吳強,曹建清,胡金蓮,等.間斷式酸洗磷化生產(chǎn)線研制[J].金屬制品,2014(1):108-112

[5] 李柏茹,黨振乾,王永東.再結(jié)晶退火對AZ31鎂合金擠壓板材組織與性能的影響[J].金屬熱處理,2011(4):19-28.

[6] 鐵鑄手冊[M].北京:機械工業(yè)部,1984:116-161,332-383.

[7] 高修啟,孫家聚,袁東洲,等.中頻電爐熔煉高強度鑄鐵的爐前控制[J].鑄造技術(shù),2006(10):67-72.

[8] 胡國軍,馮方.現(xiàn)代冷擠壓成型技術(shù)研究與應(yīng)用[J].模具工業(yè),2010,36(2):64-67.

[9] 合金鋼手冊[M].北京:冶金工業(yè)部,1972:163-169.

[10] Wang C C. Numerical and experimental study an new coldprecision forging technique of spur gears[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China(English Edition),2003,13(4):798-802.

Investigation on A Type of Antiaircraft Gun Chamber Ring Shake

NIE Lintao QIU Jun

(No. 92060 Troops of PLA, Dalian 116041)

A certain type of antiaircraft artillery ammunition has been found to occure quality problems of ring shake in powder chamber. The reason by changing craftwork and test conditions are found, and the measure to avoid these things.

antiaircraft gun, chamber, ring shake

2015年1月4日,

2015年3月2日 作者簡介:聶林濤,男,碩士,工程師,研究方向:彈藥工程。邱俊,男,工程師,研究方向:裝備指揮。

TJ430.63

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.047