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材料冲击韧性值对火工装置结构完整性的影响

2016-09-29郭晓荣吴瑞德陈文龙

火工品 2016年2期
关键词:火工冲击韧性宏观

郭晓荣,吴瑞德,李 琳,陈文龙,张 涛



材料冲击韧性值对火工装置结构完整性的影响

郭晓荣,吴瑞德,李 琳,陈文龙,张 涛

(陕西应用物理化学研究所,陕西 西安,710061)

以一个典型的火工装置壳体破裂为例,通过对其进行宏观检查、断口宏观微观分析、硬度测试、能谱分析和对强度、冲击载荷进行理论计算校核,得到该壳体的断裂模式为脆性断裂,主要与该部位受冲击载荷有关,表明材料冲击韧性值对火工装置的结构完整性有着重要影响,低温工况尤为明显,在设计时应充分考虑。

火工装置;材料冲击韧性值;断裂;冲击载荷;设计

火工装置主要由发火元件、装药和功能机构组成,利用装药的燃烧产生化学能量来驱动,并以活塞线性机械运动的方式传递,进而完成最终功能。火工装置的设计要点是既要保证结构具有足够的静强度[1-2],又要实现可靠分离,同时还要求壳体结构完整。因此,壳体的材料选择就显得尤为重要,通常主要考虑其强度、硬度、耐蚀性和耐氧化性等多种性能,而冲击韧性值一般不用于直接设计,这与冲击韧性值是通过一次摆锤冲击试验测得的,测试时要求一次冲断,而实际中的工件大多数都是多次冲击后才被破坏有关。本文针对一个典型的火工装置壳体破裂案例问题,通过采用宏观检查、断口宏观微观分析、硬度测试、能谱分析和对强度及冲击载荷理论计算,确定了故障模式及产生原因,进而说明冲击韧性值对火工装置的结构完整性有着重要影响,低温工况尤为明显,在设计中应充分考虑,并进行计算、校核。

1 故障现象

某火工装置在低温-40℃贮存2h后进行功能试验,活塞快速运动后撞击堵头,与堵头通过螺纹连接的壳体发生破裂。

1.1 宏观检查

该壳体的材料牌号为05Cr17Ni4Cu4Nb,使用状态为:1 050℃固溶,480℃/4h时效;生产工艺流程为:下料→热处理→吹砂→机加工→滚螺纹→钝化→吹干。断裂壳体的外观形貌见图1,断裂部位如图1箭头所示。

图1 断裂壳体的形貌

1.2 断口观察

1.2.1 断口宏观观察

对断口进行宏观观察,如图2所示。壳体断口是一条周向裂纹,且位于距底端面约5~6mm的内螺纹根部,为线源起裂,扩展区呈放射状。

图2 断口宏观形貌

1.2.2 断口微观观察

采用扫描电镜对断口进行微观形貌观察,周向整个断面均呈准解理形貌,如图3所示。

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