對故障尾座開裂原因的分析意見

何芳

山西省產品質量監督檢驗研究院 山西太原 030012

1 基本情況

委托鑒定事項：對故障尾座開裂原因的分析。

鑒定材料：

技術條件1份

故障尾座樣品 1個

2 工作原理及使用情況

尾座（0-01）是某產品尾架組合件上的一個關鍵零件，它與尾管通過螺紋連接后，對裝入半密封容器的裝藥起著支撐作用。正常動作過程為帶有尾架組合件（裝藥）的金屬物體從后部裝入半密封容器中，利用專用擊發裝置的擊針撞擊尾架組合件的發火件，引燃裝藥后產生一定壓力（正常壓力為125Mpa），將尾架組合件與金屬物體之間連接的剪切片剪切（剪切力在1Mpa時即可將剪切片剪開），使金屬物體與尾架組合脫落，將金屬物體從半密封容器向前推出，而尾架組合件留存于半密封容器中，保持原來位置。在使用過程中，故障尾座在發火件引燃裝藥后，尾座板炸裂（撐裂），尾座與尾管脫落剪切片未被剪開，金屬物體同尾管一同飛出半密封容器[1]。

3 故障尾座宏觀檢查

樣品由生產廠提供（見圖1）。241HB，內孔螺紋為M36×2mm，小頭外徑ф41.8mm，帶螺紋壁厚3.5mm，除去螺紋厚度的實際壁厚2.5mm。

圖2 尾座斷口

4 實驗室檢驗

4.1 故障尾座的化學成分（見表1）

技術條件規定尾座所用材料為45#優質碳素結構鋼，執行標準為 GB/T 699-1999。

表1 故障尾座化學成分%

圖1

圖1 故障尾座樣品

故障尾座樣品的表面均經采用磷化處理呈灰色，內孔有兩條貫通整個高度的兩條對稱裂紋（見圖1），斷口為層狀斷口，斷口處無塑性變形（見圖2），斷口處顏色為黑色為火藥所熏。底部寫有

4.2 故障尾座硬度檢驗（見表2）

技術條件要求尾座調質處理后硬度為257-283HBW。

表2 故障尾座硬度檢測

4.3 金相分析

技術條件要求尾座熱處理方式為調質處理。

4.3.1 顯微組織分析（見表3）

依據GB/T 13298-1999《金相顯微組織檢驗方法》。

金相取樣部位（見圖1）：1#故障尾座斷口部位，2#故障尾座非斷口部位。

表3 故障尾座顯微組織分析

圖3 1#試樣顯微組織100×

圖4 1#試樣顯微組織500×

圖5 2#試樣顯微組織100×

圖6 2#試樣顯微組織500×

4.3.2 非金屬夾雜物檢測分析（見表4）

檢測依據GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》[2]。

圖7 非金屬夾雜物100×

表4 故障尾座非金屬夾雜物分析

5 實驗室檢測結果分析

依據技術條件要求該故障尾座所用材料的化學成分符合45#鋼的成分要求。

依據技術條件要求尾座調質處理后硬度為257-283HBW，經測試布氏硬度值為221HBW低于技術條件要求。

顯微組織：技術條件要求該尾座經調質處理。45#的正常金相顯微組織應為均勻細致的回火索氏體，允許有少量的游離鐵素體[3]。經實驗室檢測，該故障尾座的金相組織為珠光體+大量的塊狀及部分網狀、半網狀鐵素體+粒狀碳化物，不符合45#鋼的調質組織，此非正常組織的存在不僅降低該故障尾座的硬度及強度，且降低了故障尾座材料的塑性，造成該部件的綜合機械性能無法滿足使用要求，使該故障尾座在承受著一定的壓力、張力及螺紋部位加工應力的工作過程中斷裂失效。

依據標準GB/T 10561-2005檢測，該故障尾座顯微組織中存在一定的A類（硫化物類、B類（氧化鋁類）、D類（環狀氧化物類）夾雜物（見圖7）。GB/T 699-1999《優質碳素結構鋼》規定“級別應根據需方要求，非金屬夾雜物合格級別由供需雙方商定”。雖然該故障尾座組織所含夾雜物級別不高，但夾雜物的存在不同程度上會對金屬基體材料的性能產生一定的影響，因其存在破壞了金屬基體的連續性，熱處理時容易造成淬火裂紋，當金屬基體承受載荷，特別是在動載荷時易產生應力集中，使基體材料的機械性能及疲勞強度降低，容易造成機械零部件在使用過程中斷裂失效。

6 分析結論

經檢測分析認為：

（1）該故障尾座斷裂的主要原因為45#鋼材料熱處理后的金相顯微組織為非正常調質后組織，無法保證尾座在使用過程中的綜合機械性能要求。

（2）該故障尾座材料基體中存在的非金屬夾雜物對尾座材料的性能產生一定的影響。以上兩點使尾座在承受一定的壓力、張力、加工應力等綜合應力的工作狀態下開裂失效。