某弹体头螺内孔缺陷原因分析

2020-07-15褚小菲杨有才柯美武冯军海

大型铸锻件 2020年4期

关键词：收口进给量弹体

褚小菲杨有才石燕柯美武冯军海毛永张然

(豫西工业集团河南北方红阳机电有限公司，河南474678)

头螺是炮弹弹体与其它重要部件的连接件，结构复杂，尺寸精度和综合力学性能要求高，其生产质量的好坏直接影响着炮弹的打击效果[1]。某弹体头螺在进行磁粉检测时先后发现有5件半成品毛坯有疑似裂纹的缺陷，为了查明缺陷产生原因，进行了以下检验分析。

1 故障分析及定位

结合头螺加工过程，按故障树分析法，对其磁粉检测不合格进行分析，列出故障树见图1。

1.1 人员

操作人员经培训考核，做到了持证上岗。

1.2 设备

C41-750空气锤、250 kg空气锤、C13-1蒸空锤、室式燃煤加热炉等工艺设备，均处于完好状态，并经计量机构定期校检合格。

1.3 原材料

原材料为管料30CrMnSiA-∅108 mm×15 mm，材料进厂复验合格。

1.4 工艺

头螺胎模锻工艺编制于2004年6月，自2004年8月以来一直指导生产，沿用至今，工艺参数合理、有效。工艺流程为：生产前准备→上料→一次加热→出料→墩粗→二次加热→收口摔外形→三次加热→终锻成形→热态检验→冷却→退火→冷态检验→涂炉号标记→堆放，墩粗和终锻成形采用胎模成形，收口摔外形则利用形砧和芯棒成形。

头螺热处理工艺编制于2004年6月，自2004年8月以来一直指导生产，沿用至今，工艺参数合理、有效。淬火工艺为880℃±15℃保温1 h，油冷；回火工艺为540℃±20℃保温2 h，油冷。

1.5 故障定位

经过以上排查，排除了设备、材料和工艺可能存在的问题，基本确定头螺缺陷是由于锻造过程中操作不当造成的缺陷。

2 理化检验

从5件缺陷头螺中挑选缺陷最严重的一件进行理化检验。

2.1 宏观观察

某弹体头螺进行磁粉检测后发现有疑似裂纹的缺陷，位置均在内孔∅41 mm处，裂纹位置如图2所示，缺陷位置宏观形貌如图3所示。可见裂纹位于工件底部距内孔台阶端面约133 mm处，裂纹由内孔台阶表面向工件内部延伸，其余部位未见异常。

图3 缺陷宏观样貌
Figure 3 Macroscopic appearance of defect

表1 缺陷头螺化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of defective head screw (mass fraction,%)

表2 缺陷头螺与无缺陷头螺的硬度试验结果(HRC)Table 2 Hardness test results of defective and non-defective head screws(HRC)

2.2 化学成分分析

为确定头螺化学成分是否合格，采用直读光谱仪对弹体头螺裂纹附近区域取样进行化学成分分析，结果见表1。可见该头螺各元素含量均符合GBT 3077—1999《合金结构钢》对30CrMnSiA钢成分的技术要求。

2.3 硬度检验

对该缺陷头螺及同批次5件无缺陷的头螺进行硬度试验，5件无缺陷头螺所用材料、热处理工艺均与缺陷头螺一致。对试验面加工后，采用HRD-150洛氏硬度计进行硬度试验，结果见表2。可见该缺陷头螺与5件无缺陷头螺的硬度均符合产品的技术要求。

2.4 低倍组织形貌分析

在裂纹处截取横向低倍试样，经酸浸后进行试样表面低倍组织形貌观察，可见试样表面沿圆周分布数条裂纹，最深一条约2.6 mm，裂纹缝隙较大，裂纹周围存在明显脱碳现象，未发现其它严重破坏金属连续性的材料缺陷。

2.5 显微组织分析

在裂纹处切取横向金相试样，经磨制抛光、侵蚀后在光学显微镜下进行观察，图4(a)是裂纹未侵蚀的显微组织形貌，裂纹表面开口较大，呈一定角度由外向内延伸；图4(b)是裂纹侵蚀后的显微组织形貌，裂纹内存在氧化物，尾端圆钝，尾部以断续氧化物的形态向内延伸，延伸形态基本与裂纹的走向相同，裂纹和氧化物周围存在严重的脱碳现象，有数条细小的裂纹沿氧化物走向向内部延伸；图4(c)是头螺基体显微组织形貌，基体显微组织为中等粗细的、均匀的回火屈氏体。

沿裂纹区域取样磨抛成纵向金相试样，采用光学显微镜进行观察。依据GBT 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定—标准评级图显微检验法》对非金属夹杂物含量进行评定，结果为A(细)0.5级，B 0级，C(细)0.5级，D(细)0.5级。