材料沖擊韌性值對火工裝置結(jié)構(gòu)完整性的影響

郭曉榮，吳瑞德，李 琳，陳文龍，張 濤

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材料沖擊韌性值對火工裝置結(jié)構(gòu)完整性的影響

郭曉榮，吳瑞德，李 琳，陳文龍，張 濤

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西 西安，710061）

以一個(gè)典型的火工裝置殼體破裂為例，通過對其進(jìn)行宏觀檢查、斷口宏觀微觀分析、硬度測試、能譜分析和對強(qiáng)度、沖擊載荷進(jìn)行理論計(jì)算校核，得到該殼體的斷裂模式為脆性斷裂，主要與該部位受沖擊載荷有關(guān)，表明材料沖擊韌性值對火工裝置的結(jié)構(gòu)完整性有著重要影響，低溫工況尤為明顯，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮。

火工裝置；材料沖擊韌性值；斷裂；沖擊載荷；設(shè)計(jì)

火工裝置主要由發(fā)火元件、裝藥和功能機(jī)構(gòu)組成，利用裝藥的燃燒產(chǎn)生化學(xué)能量來驅(qū)動，并以活塞線性機(jī)械運(yùn)動的方式傳遞，進(jìn)而完成最終功能?；鸸ぱb置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是既要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的靜強(qiáng)度[1-2]，又要實(shí)現(xiàn)可靠分離，同時(shí)還要求殼體結(jié)構(gòu)完整。因此，殼體的材料選擇就顯得尤為重要，通常主要考慮其強(qiáng)度、硬度、耐蝕性和耐氧化性等多種性能，而沖擊韌性值一般不用于直接設(shè)計(jì)，這與沖擊韌性值是通過一次擺錘沖擊試驗(yàn)測得的，測試時(shí)要求一次沖斷，而實(shí)際中的工件大多數(shù)都是多次沖擊后才被破壞有關(guān)。本文針對一個(gè)典型的火工裝置殼體破裂案例問題，通過采用宏觀檢查、斷口宏觀微觀分析、硬度測試、能譜分析和對強(qiáng)度及沖擊載荷理論計(jì)算，確定了故障模式及產(chǎn)生原因，進(jìn)而說明沖擊韌性值對火工裝置的結(jié)構(gòu)完整性有著重要影響，低溫工況尤為明顯，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮，并進(jìn)行計(jì)算、校核。

1 故障現(xiàn)象

某火工裝置在低溫-40℃貯存2h后進(jìn)行功能試驗(yàn)，活塞快速運(yùn)動后撞擊堵頭，與堵頭通過螺紋連接的殼體發(fā)生破裂。

1.1 宏觀檢查

該殼體的材料牌號為05Cr17Ni4Cu4Nb，使用狀態(tài)為：1 050℃固溶，480℃/4h時(shí)效；生產(chǎn)工藝流程為：下料→熱處理→吹砂→機(jī)加工→滾螺紋→鈍化→吹干。斷裂殼體的外觀形貌見圖1，斷裂部位如圖1箭頭所示。

圖1 斷裂殼體的形貌

1.2 斷口觀察

1.2.1 斷口宏觀觀察

對斷口進(jìn)行宏觀觀察，如圖2所示。殼體斷口是一條周向裂紋，且位于距底端面約5～6mm的內(nèi)螺紋根部，為線源起裂，擴(kuò)展區(qū)呈放射狀。

圖2 斷口宏觀形貌

1.2.2 斷口微觀觀察

采用掃描電鏡對斷口進(jìn)行微觀形貌觀察，周向整個(gè)斷面均呈準(zhǔn)解理形貌，如圖3所示。