7A04铝合金时效裂纹分析及对策

姜焕成 李建洲 孙宏明（黑龙江北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔，161046）

7A04铝合金时效裂纹分析及对策

姜焕成 李建洲 孙宏明
（黑龙江北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔，161046）

本文针对某型号破甲弹一关重件所选用的7A04铝合金在固溶+时效过程中出现的裂纹现象进行分析，查找出疵病产生的主要因素，并对现行工艺实施改进。实践证明，改进后的工艺方式完全满足产品质量要求，解决了制约加工的生产瓶颈，提高成品率，降低生产成本。

关重件；铝合金；裂纹；成品率

破甲弹主要配用在坦克炮、反坦克炮、无坐力炮等武器上，用于毁伤坦克等装甲目标和混凝土工事。射流穿透装甲后，以剩余射流、装甲破片和爆轰产物毁伤人员和设备。因其不受初速和射距的限制，作战灵活性较高，是一种发展潜力较大的弹种。

某型号破甲弹一关重件（见图1）的设计要求选用7A04超硬铝合金材料，在固溶+时效状态下使用。在产品科研试制期间，热处理工序陆续出现内孔裂纹废品，校验合格率不足80%。金相检查结果为沿晶断裂（见图2）。

该质量问题的出现，严重影响产品研制进度，引起厂军双方高度重视。

图1 关重件产品简图

图2 裂纹处金相×200

1 原因分析

1.1 疵病数量统计

用于该产品生产的7A04铝合金分别为E20130413XX和E20130414XX两个冶炼炉号，投料数量总计504件，其中有72件产品不同程度出现裂纹，具体疵病情况见表1。

表1 不同炉号产品质量情况统计

1.2 疵病原因分析

1） 该疵病位置主要集中在产品内孔表面靠近根部处，如果该处机加圆角过小，有可能在固溶时产生应力集中，导致裂纹［1］；

2） 铝合金热处理温度范围仅为±5℃，易产生过热、过烧现象。如果加工设备或控温仪表失灵，料温将超过铝材极限加热温度，晶核剧烈长大，晶间强度变弱甚至晶界融化，最终导致裂纹发生［2］；

3）铝合金在酸性环境下加热易生成致脆物质，在晶界薄弱环节形成组织破断，导致宏观裂纹［3］。

2 裂纹产生原因检查

2.1 过度圆角检查

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从质量废品中随机抽取50件产品，半剖后对过度圆角用R规100%进行复查，结果均满足工艺要求。由于产品内孔采用全功能数控车床一次装夹完成，加工一致性很高，故排除过度圆角处应力集中因素。

2.2 加热设备及控温仪表检查

对生产用箱式电阻炉和时效箱依据GB/T9452-2003进行温场复检，结果满足工艺要求。对镍-铬热电偶及PID自整定控温仪进行校对、复查，结果满足工艺要求，且试样金相组织、晶粒大小、形状对比均未见异常（见图3），晶粒大小0.025-0.045mm，故排除超温因素。

图3 7A04固溶-时效组织×200

2.3 理化检测

2.3.1 原材料化学成分

从问题炉号中随机抽取2件产品用直读光谱仪对主元素复检，结果均符合GB/T4437-2000标准要求，具体见表2。

2.3.2 非金属夹杂

本单位委托包头金属研究所对试样的非金属夹杂情况进行鉴定。通过SEM扫描电镜检测发现试样合金基体内弥散分布较多直径约3um的颗粒（见图4），对颗粒用X射线微区分析仪进行定性分析，可以确认这些小颗粒为P元素。

图4 扫描电镜下的非金属夹杂

2.3.2 过热蒸汽影响

由于过热蒸汽用水中氯离子和PH值均在变动之中，为验证过热蒸汽中氯离子和PH值的影响，采用工艺对比试验。具体为：选取同一冶炼炉号工件，按相同工艺进行固溶处理，然后分别用电加热时效和蒸汽时效进行比对试验并分析结果。试验情况见表3。

由表3可见，蒸汽加热时效处理后，两个冶炼炉号均不同程度出现裂纹废品，而用电加热时效处理后，各炉号均无废品产生。

表2 试样化学成分检测结果

表3 工艺对比试验情况

经分析初步认为：金属基体中P元素局部疵病是内因，工件固溶时产生内应力，随后过热蒸汽中氯离子作用（即蒸汽PH值影响），在合金基体晶界处产生致脆物质，其宏观结果是在晶界薄弱处形成组织破断，导致沿晶裂纹。

3 解决方案

在工艺对比试验基础上，为进一步验证分析结论正确性，决定改变原蒸汽时效工艺方式，改用电烘箱加热时效处理。通过工艺摸索，重新确定时效工艺参数。

4 效果验证

产品试生产1个月，共生产8个冶炼炉号，质量稳定，废品率仅为0.3-0.7%，解决了制约生产的工艺瓶颈，满足产品验收指标要求。

5 结论

此次工艺试验证明，7A04铝合金用过热蒸汽进行时效处理，水份中氯离子浓度偏高时溶液呈酸性，金属基体晶界处易生成致脆物质，在热应力作用下产生裂纹。但氯离子与铝合金晶界基体具体作用形式还需作进一步研究和探讨。鉴于工厂检测、分析条件限制，更细致的理论分析工作期待相关院所帮助指导。

（References）

［1］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2007∶151-160.

［2］ 李泉华.热处理技术400问解析［M］.北京∶机械工业出版社，2005.

［3］ 樊东黎，王广生.热处理手册［M］.北京：机械工业出版社，2007∶452-458.

上接P10页

上述两种工艺方法，还可以推广应用于钼和其它某合金螺纹的加工。

7 结束语

TZM钼合金螺纹的不同切削加工机床和不同加工工艺对比试验结果说明，普通车床低速螺纹车削工艺方法和数控车床高速斜进式螺纹车削工艺方法，都可以使切屑成形好，便于排屑，减少刀具磨损，防止螺纹崩裂、挤伤，从而确保和提高螺纹加工质量。

生产应用的情况说明，上述两种钼合金车削加工方法，解决了TZM钼合金螺纹车削加工的技术和质量问题，而且加工效率比磨削高，又便于安排生产，有利于加快生产进度。

参考文献（References）

［1］上海材料研究所.机械工程手册 ［M］.北京：机械工业出版社.

［2］才鸿年，赵宝荣.金属材料手册［M］.北京：化学工业出版社.

姜焕成（1979-），男，汉族，工程师，专业领域∶机加工艺研究。