某型高射炮弹体药室环裂问题探讨

聂林涛 邱 俊

(92060部队 大连 116041)



某型高射炮弹体药室环裂问题探讨

聂林涛 邱 俊

(92060部队 大连 116041)

某弹药厂生产的某型高射炮杀伤榴弹存在弹体药室环状裂纹的质量问题。通过改变工艺及试验条件进行工艺分析试验,得出某型高射炮杀伤榴弹在生产过程中存在弹体药室环状裂纹的原因,提出了避免炮弹在生产过程中弹体产生环状裂纹的现象发生的措施。

高射炮; 药室; 环裂

Class Number TJ430.63

1 问题概况

某弹药厂生产的某型高射炮杀伤榴弹自2009年大量生产后,一直存在着弹体药室环状裂纹的质量问题。据2009年至2013年9月统计结果,具有环状裂纹的产品约占0.1%,如表1所示。

表1 某弹药厂2009年～2013年产品检验统计

虽然在切口工序以后要100%检查弹体药室内表面质量,但仍有漏检而使有环状裂纹的产品混入良品之中。

2 环状裂纹试验

1) 具有环状裂纹产品的规律

首先剖切了大量有环状裂纹的产品作低倍组织、金相观察和剖面硬度值测定,从中发现以下规律:

(1)环裂产品都是在引伸工序中发现的;

(2)裂纹呈环状,由内壁开始向外、向上延伸,与轴线约成45°,没有纵向裂纹;

(3)裂纹一般为一条,个别产品为2～3条,轻则局部,重则整圈;

(4)裂纹深度轻则表层,重则深3～4毫米,一般为2～3毫米;

(5)裂纹均在距药室底平面25～37毫米范围内的位置;

(6)环状裂纹产品的剖面硬度值比未裂产品的剖面硬度值平均高HRF2.2～3.8度;

(7)环裂产品与未裂产品相比,其低倍组织除

有裂纹区别外,无其它差别,金相组织也无明显差异。从上述各点可以看出:具有环状裂纹的产品有一定的共性,几乎每个月都有,约占0.1%,生产中有一系列因素造成了弹体药室环裂;这种疵病与原材料关系不大,因为原材料造成的疵病不可能在弹体的同一部位出现,也不会具有一定的走向规律。可见在生产中有一个不正常的工艺规范在起作用[2]。

2) 工艺分析试验

第1次试验,其试验项目、试验条件和试验结果如下:

(1)冷挤压工序:剪切棒料端面粗糙不平,有鱼鳞状撕裂凸起和一两次挤压冲头粗糙对致裂的影响。毛坯重量由570±5g增加至585±5g,口部金属厚度增多,引伸力增大后对致裂的影响。一挤隔膜尺寸加厚0.5、1.0、1.5、2.0mm等四个尺寸,引伸量增加后对致裂的影响[3]。

(2)酸洗磷化工序:酸洗时间由工艺规定10～15min增加到60～120min,二次挤压半成品渗氢变脆对致裂的影响。二次挤压后漏掉酸洗磷化工序,引伸力增大对致裂的影响[4]。

(3)再结晶退火工序:不进行第二次再结晶退火,二次挤压和引伸力增大后对致裂的影响。退火温度增高达到1160℃以上,半成品产生过热过烧对致裂的影响[5]。退火不足,再结晶不完全对致裂的影响。结果均没有出现环状裂纹。

以上试验没有找到致裂的原因。经进一步调查分析,认为在实际生产中有如下一种偶然因素可能使弹体药室致裂。即:第二次再结晶退火工序,在上下班或中途停电时,电参数未达到工艺规定范围,半成品虽加热了但温度不够,没有达到再结晶温度,也就没能使半成品消除内应力而软化,以利于第二次挤压加工;相反变成了人工时效而进一步使材料脆化,在二挤时造成了弹体药室环状裂纹[6]。

为此做了第二次工艺试验,试验情况如下:

(4)一次挤压后人工时效的影响

试验样品数量108,试验条件:①采用箱式电阻加热;②加热温度380℃～390℃;③保温时间为90min;④冷却方式为空冷。试验结果为:产生了环状裂纹,共89件,占试验数的82%;裂纹的位置和形式与问题的状况一样。结果分析:证实了以上分析,但其加热方式或规范均与实际生产中用频感应加热的方式不完全相同。

(5)中频感应加热中途停电的影响

试验样品数量262,试验条件:在连续送料的情况下,通电加热半成品接着又立即断电至冷,冷热交替,反复多次。试验结果为:产生环状裂纹,83件,占试验数的31%。结果分析:在中频感应加热条件下,如果电参数规范偶然发生误差,有一部分产品就会发生时效变脆,造成环状裂纹[7]。

(6)中频感应加热功率和环状裂纹的关系

试验条件:调整加热功率,由室温逐渐升高,从20kW到70kW每增加5kW加热一组产品。试验结果为:加热功率低于30kW或高于65kW均不产生环裂,而在其区间内,环裂产品比例随加热功率的提高而增大;达到50kW～55kW时100%环裂。结果分析:加热功率的大小,实际上反映了被加热产品的温度的高低,可见环裂的产品与加热功率有密切的关系。

(7)加热温度和弹体药室环裂的关系

试验条件:①采用箱式电阻炉加热,由200℃至700℃范围内每隔50℃加热一组产品;②保温时间为90min;③冷却方式为空冷。试验结果为:加热温度低于250℃或高于500℃时均不产生环状裂纹,而高于250℃随着温度增加,环裂产品比例逐渐提高;温度达到410℃时100%的产品产生环裂;大于410℃后,温度增加,环裂比例下降;超过500℃后就不再出现环裂现象。结果分析:从第(6)、(7)项试验可以得出加热功率和加热温度有下列近似关系:30kW～65kW→250℃～500℃;其中:30kW～35kW→250℃～300℃;50kW～55kW→410℃;65kW～70kW→500℃;可见加热温度不正常是产生环状裂纹的真正原因。

通过以上工艺试验分析,找到了某型高射炮榴弹弹体产生环状裂纹的主要原因。随后又通过2900余发弹体的工艺加工试验,进一步探明了致裂的原因及相关因素的影响。

3 产生环裂的原因分析

棒料经一次挤压发生冷作硬化后,在做再结晶退火时,由于操作不当,使加热功率下降,当加热功率处于30kW～65kW范围内时,此时的加热温度相当于250℃～500℃之间,半成品没有达到再结晶温度,材料没有得到软化[8]。相反S15A钢在250℃～500℃加热温度区间是兰脆区,使材料的塑性显著下降,变形抗力明显提高。这样的毛坯料在二次挤压时就会在最大变形区产生裂纹,并随金属组织的流动而与弹轴夹一锐角而不是直角[9]。经过酸洗磷化工序后,应力腐蚀作用使裂纹得以发展,在宏观上就显现出来了。

4 结语

本文通过试验研究了某型高射炮炮弹在生产过程中弹体产生环裂的原因及相关因素对致裂的影响,提出以下措施避免炮弹在生产过程中弹体产生环状裂纹的现象发生[10]。

1) 严格岗位责任制,在退火工序中经常保持电参数和加热规范正确,以确保再结晶的完成。

2) 在上下班、送停电、升降温时,建立和执行加“试料”的制度,待电参数和加热规范完全符合要求后,才能加入正常的半成品进行退火处理。

3) 将二次挤压后的酸洗磷化工序移至引伸工序以后进行。

4) 加强弹体的成品检验。

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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 作者简介:聂林涛,男,硕士,工程师,研究方向:弹药工程。邱俊,男,工程师,研究方向:装备指挥。

TJ430.63

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.047