某型殺傷爆破榴彈彈體毛坯過燒問題研究?

聶林濤 馬 江

（裝備項目管理中心 北京 100071）

1 引言

在生產(chǎn)某型殺傷爆破榴彈時，某彈廠對V68爐毛坯進行進廠驗收時，發(fā)現(xiàn)機械性能與硬度值反常，HB=4.1，σs=41.5kg/mm2；HB=4.3，σs=43.5kg/mm2。因此做了機械性能抽查，其試驗結(jié)果如表1。

表1 機械性能抽查

抽試的兩發(fā)毛坯，機械性能均不合格，5號試棒斷口處無明顯縮頸，并且在5號毛坯的兩根拉伸后的試棒上發(fā)現(xiàn)多處有明顯的宏觀細(xì)裂紋。經(jīng)相關(guān)金相分析，初步結(jié)論是5號毛坯試樣晶粒粗大（一級），有過熱魏氏體組織［1］。隨即將該爐進行隔離。

2 原因分析

為進一步證實，毛坯生產(chǎn)廠將兩發(fā)毛坯的殘余樣品送某研究所進行金相分析［2］，結(jié)論是無過燒現(xiàn)象，但機械性能低于工廠內(nèi)控指標(biāo)。

鑒于兩次分析有差異，經(jīng)商定將工廠拉伸試樣5號試棒送該研究所作金相分析，其結(jié)論是該樣品性能不合格，是由過燒造成的［3］；從斷口分析證明，既有過燒，也有過熱；發(fā)生沿晶界開裂，晶界有熔化鋼球和熔化自由表面，有從熔融狀態(tài)冷卻過程中析出的樹枝狀MnS［4］；金相檢查發(fā)現(xiàn)晶粒大于1級；三角晶界有熔化孔洞和裂紋，這些都是過燒的典型特征［5］。

該所兩次分析結(jié)果不同，是由于在同一毛坯上取樣部位不同所致。

事故發(fā)生后，工廠曾多次召集現(xiàn)場有關(guān)人員開會分析。據(jù)當(dāng)班操作人員回憶：當(dāng)日下午1時許加熱工人發(fā)現(xiàn)方鋼坯料中頻加熱爐的第三爐眼中有打火現(xiàn)象，推料機推送不動該爐眼的加熱料；就將此料加入到第一爐眼中去，送出10號爐料進行沖壓。約30s后把工頻爐送來的加熱料又加入到第一爐眼中去，送出10號爐料進行沖壓。約1min后在第二爐眼中加入一個加熱料，送出14號爐料進行沖壓。約1分半鐘后，又向第三爐眼加料，推料機仍推不動。約兩分鐘后，加熱工人停止供電，將第三爐眼的襯套卸下，取出該爐眼的全部爐料，發(fā)現(xiàn)9號位的爐料因打火而被燒出一個直徑約40mm，深20mm的凹坑，不能沖壓作報廢處理，而12號、15號位的爐料卻被誤作正常合格爐料用于彈體沖壓。

爐料在中頻加熱爐內(nèi)的位置見圖1，正常加熱爐的進料順序應(yīng)是1、2、3，1、2、3，······；出料的順序應(yīng)是13、14、15，13、14、15，······。由于第三爐眼打火而改變了規(guī)定的加料、出料順序，導(dǎo)致了該爐眼中的9號、12號、15號爐料和第二爐眼中的11號爐料在高溫區(qū)加熱時間過長，從而造成了毛坯的過熱過燒［6］。過燒料在沖壓加工中若無宏觀裂紋等疵病就會混入到產(chǎn)品批中。

圖1 爐料在中頻加熱爐內(nèi)的位置

3 采取措施

問題出現(xiàn)后，我們對已制成的V68爐毛坯1440發(fā)做了如下處理。

1）毛坯經(jīng)粗車后，100%用超聲波技術(shù)測定毛坯的晶粒度［8］，具體方法如下。

毛坯在拔伸前要加熱，如果加熱溫度和時間失控就會使坯料過熱過燒，反映在內(nèi)部組織上是奧氏體晶粒粗大并局部熔融，冷卻后易形成針狀滲碳體的魏氏體組織，晶界局部氧化并伴有顯著的裂紋［9］。

超聲波是頻率大于20kHz的聲波，具有較強的穿透力。通過對超聲波發(fā)射和反射回來的能量信息分析可以鑒定被測體內(nèi)部組織的情況。基本思路為超聲波在介質(zhì)中傳播時能量要衰減，衰減的大小取決于介質(zhì)對超聲波的擴散、散射和吸收程度的大小。其中聲波的擴散是與傳播距離有關(guān)的能量損失；聲波的吸收是與介質(zhì)的導(dǎo)熱性、粘滯性及彈性滯后有關(guān)的能量損失，在介質(zhì)的宏觀尺寸、介質(zhì)性質(zhì)不變的情況下，介質(zhì)組織的晶粒度的大小對上述兩種能量損失可以認(rèn)為沒有顯著影響；而散射是在各向異性的不均勻金屬結(jié)晶組織內(nèi)或在粗大晶粒的界面上產(chǎn)生的，當(dāng)晶粒直徑與波長的比值大于1/10時，散射使超聲波能量的衰減顯著增加，而比值在1/100～1/10時，散射損失的能量較少［10］。

根據(jù)以上思想，選用縱波單探頭對彈體的前定心部、彈帶部和彈底部位置進行探測，由超聲波示波器上反射波的次數(shù)來確定被測彈體的晶粒度。超聲波工作頻率的選擇是以鑒別晶粒度高于3級的粗大晶粒為依據(jù)的［11］。其計算式如下：

式中：f為超聲波頻率；CL為聲波在鋼介質(zhì)中的傳播速度；λ為超聲波的波長，取λ=10d（d為所需鑒別晶粒度的晶粒平均直徑）［12］。

經(jīng)超聲波檢查，共挑出14發(fā)晶粒度粗大的毛坯，經(jīng)金相鑒定為過熱毛坯，晶粒度1級～3級，作報廢處理。

2）彈體收口后100%進行整體正火處理。

3）經(jīng)硬度檢查和機械性能試驗合格后，從該爐中抽料做了強裝藥強度射擊試驗，結(jié)果合格。

同時，加強對操作人員的責(zé)任心教育和業(yè)務(wù)訓(xùn)練，加強管理，嚴(yán)格貫徹執(zhí)行隔離廢品打字頭制度，杜絕混料現(xiàn)象。

4 結(jié)語

本文介紹了某彈廠在生產(chǎn)某型殺傷爆破榴彈時，發(fā)現(xiàn)彈體毛坯過燒，通過作金相分析及生產(chǎn)過程分析，找出彈體毛坯過燒的原因，提出了改進措施，降低了彈體毛坯制造廢品率，為后續(xù)彈藥生產(chǎn)提供經(jīng)驗。