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

（陜西應用物理化學研究所，陜西 西安，710061）

以一個典型的火工裝置殼體破裂為例，通過對其進行宏觀檢查、斷口宏觀微觀分析、硬度測試、能譜分析和對強度、沖擊載荷進行理論計算校核，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，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，在設計時應充分考慮。

火工裝置；材料沖擊韌性值；斷裂；沖擊載荷；設計

火工裝置主要由發(fā)火元件、裝藥和功能機構(gòu)組成，利用裝藥的燃燒產(chǎn)生化學能量來驅(qū)動，并以活塞線性機械運動的方式傳遞，進而完成最終功能?；鸸ぱb置的設計要點是既要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的靜強度[1-2]，又要實現(xiàn)可靠分離，同時還要求殼體結(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計，這與沖擊韌性值是通過一次擺錘沖擊試驗測得的，測試時要求一次沖斷，而實際中的工件大多數(shù)都是多次沖擊后才被破壞有關。本文針對一個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、能譜分析和對強度及沖擊載荷理論計算，確定了故障模式及產(chǎn)生原因，進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，在設計中應充分考慮，并進行計算、校核。

1 故障現(xiàn)象

某火工裝置在低溫-40℃貯存2h后進行功能試驗，活塞快速運動后撞擊堵頭，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時效；生產(chǎn)工藝流程為：下料→熱處理→吹砂→機加工→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行微觀形貌觀察，周向整個斷面均呈準解理形貌，如圖3所示。