對(duì)故障尾座開裂原因的分析意見

何芳

山西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 山西太原 030012

1 基本情況

委托鑒定事項(xiàng)：對(duì)故障尾座開裂原因的分析。

鑒定材料：

技術(shù)條件1份

故障尾座樣品 1個(gè)

2 工作原理及使用情況

尾座（0-01）是某產(chǎn)品尾架組合件上的一個(gè)關(guān)鍵零件，它與尾管通過螺紋連接后，對(duì)裝入半密封容器的裝藥起著支撐作用。正常動(dòng)作過程為帶有尾架組合件（裝藥）的金屬物體從后部裝入半密封容器中，利用專用擊發(fā)裝置的擊針撞擊尾架組合件的發(fā)火件，引燃裝藥后產(chǎn)生一定壓力（正常壓力為125Mpa），將尾架組合件與金屬物體之間連接的剪切片剪切（剪切力在1Mpa時(shí)即可將剪切片剪開），使金屬物體與尾架組合脫落，將金屬物體從半密封容器向前推出，而尾架組合件留存于半密封容器中，保持原來位置。在使用過程中，故障尾座在發(fā)火件引燃裝藥后，尾座板炸裂（撐裂），尾座與尾管脫落剪切片未被剪開，金屬物體同尾管一同飛出半密封容器[1]。

3 故障尾座宏觀檢查

樣品由生產(chǎn)廠提供（見圖1）。241HB，內(nèi)孔螺紋為M36×2mm，小頭外徑ф41.8mm，帶螺紋壁厚3.5mm，除去螺紋厚度的實(shí)際壁厚2.5mm。

圖2 尾座斷口

4 實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)

4.1 故障尾座的化學(xué)成分（見表1）

技術(shù)條件規(guī)定尾座所用材料為45#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 699-1999。

表1 故障尾座化學(xué)成分%

圖1

圖1 故障尾座樣品

故障尾座樣品的表面均經(jīng)采用磷化處理呈灰色，內(nèi)孔有兩條貫通整個(gè)高度的兩條對(duì)稱裂紋（見圖1），斷口為層狀斷口，斷口處無塑性變形（見圖2），斷口處顏色為黑色為火藥所熏。底部寫有

4.2 故障尾座硬度檢驗(yàn)（見表2）

技術(shù)條件要求尾座調(diào)質(zhì)處理后硬度為257-283HBW。

表2 故障尾座硬度檢測(cè)

4.3 金相分析

技術(shù)條件要求尾座熱處理方式為調(diào)質(zhì)處理。

4.3.1 顯微組織分析（見表3）

依據(jù)GB/T 13298-1999《金相顯微組織檢驗(yàn)方法》。

金相取樣部位（見圖1）：1#故障尾座斷口部位，2#故障尾座非斷口部位。

表3 故障尾座顯微組織分析

圖3 1#試樣顯微組織100×

圖4 1#試樣顯微組織500×

圖5 2#試樣顯微組織100×

圖6 2#試樣顯微組織500×

4.3.2 非金屬夾雜物檢測(cè)分析（見表4）

檢測(cè)依據(jù)GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》[2]。

圖7 非金屬夾雜物100×

表4 故障尾座非金屬夾雜物分析

5 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果分析

依據(jù)技術(shù)條件要求該故障尾座所用材料的化學(xué)成分符合45#鋼的成分要求。

依據(jù)技術(shù)條件要求尾座調(diào)質(zhì)處理后硬度為257-283HBW，經(jīng)測(cè)試布氏硬度值為221HBW低于技術(shù)條件要求。

顯微組織：技術(shù)條件要求該尾座經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。45#的正常金相顯微組織應(yīng)為均勻細(xì)致的回火索氏體，允許有少量的游離鐵素體[3]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，該故障尾座的金相組織為珠光體+大量的塊狀及部分網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀鐵素體+粒狀碳化物，不符合45#鋼的調(diào)質(zhì)組織，此非正常組織的存在不僅降低該故障尾座的硬度及強(qiáng)度，且降低了故障尾座材料的塑性，造成該部件的綜合機(jī)械性能無法滿足使用要求，使該故障尾座在承受著一定的壓力、張力及螺紋部位加工應(yīng)力的工作過程中斷裂失效。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561-2005檢測(cè)，該故障尾座顯微組織中存在一定的A類（硫化物類、B類（氧化鋁類）、D類（環(huán)狀氧化物類）夾雜物（見圖7）。GB/T 699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定“級(jí)別應(yīng)根據(jù)需方要求，非金屬夾雜物合格級(jí)別由供需雙方商定”。雖然該故障尾座組織所含夾雜物級(jí)別不高，但夾雜物的存在不同程度上會(huì)對(duì)金屬基體材料的性能產(chǎn)生一定的影響，因其存在破壞了金屬基體的連續(xù)性，熱處理時(shí)容易造成淬火裂紋，當(dāng)金屬基體承受載荷，特別是在動(dòng)載荷時(shí)易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使基體材料的機(jī)械性能及疲勞強(qiáng)度降低，容易造成機(jī)械零部件在使用過程中斷裂失效。

6 分析結(jié)論

經(jīng)檢測(cè)分析認(rèn)為：

（1）該故障尾座斷裂的主要原因?yàn)?5#鋼材料熱處理后的金相顯微組織為非正常調(diào)質(zhì)后組織，無法保證尾座在使用過程中的綜合機(jī)械性能要求。

（2）該故障尾座材料基體中存在的非金屬夾雜物對(duì)尾座材料的性能產(chǎn)生一定的影響。以上兩點(diǎn)使尾座在承受一定的壓力、張力、加工應(yīng)力等綜合應(yīng)力的工作狀態(tài)下開裂失效。