潘凤军，董庆文, 孙丽华，姜春茂，赵广军
北方华安工业集团有限公司，齐齐哈尔161046
摘要：某产品壳体材料为50SiMnVB，在靶场试验中壳体出现断裂。通过断口宏、微观观察、金相组织检查和化学成分分析检测、力学性能试验、验证试验及强度计算等，确定了壳体断裂性质和原因。结果表明，断裂原因是由于壳体密封圈槽处壁厚差超差导致壁厚较薄强度不足造成的，加之壳体材质C元素含量偏高，材料的脆性较大，断口主要是解理断口，同时断口处材料偏析严重，最终导致壳体出现断裂现象。
关键词：壳体强度； 断裂； 脆性
壳体作为某产品的重要零件，材料采用50SiMnVB钢。在进行最大射程及地面密集度射击试验时，某发产品壳体出现异常现象，即产品未到达预定射程落点。从回收的壳体前端螺纹中留有壳体的部分残骸判断，初步认定是壳体在密封槽处发生断裂（见图1、图2）。
本文通过断口宏、微观观察、金相组织检查和化学成分分析检测、力学性能试验、验证试验及强度校核等方法，确定了壳体发生断裂的性质和原因，并提出了预防和改进措施。
2 断口宏、微观分析
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根据排查、检测和解剖结果，可以在宏观上初步确定为壳体发生断裂是由于密封槽处壁厚超差造成的。
经分析，造成壳体密封圈槽处壁厚超差的主要加工工序为壳体冲拔，该工序加工设备的精度是影响断裂处壁厚差大小的主要因素。
2.2 微观分析
经专门检测机构对断裂试样进行检测，分析认为断裂试样为一次性加载断裂，所受的力为拉应力。断口布满“人字”花样，根据人字花样的走向，可以判定，裂纹源在端口的凹陷位置，见图3中的1#区域，内、外壁有薄的剪切唇，说明材料本身有一定的韧性，断裂源位置有红棕色的锈蚀，这可能是断口放置产生的锈蚀。
在扫描电镜下观测，断裂源端口凹陷区域有较多的二次裂纹，说明材料的脆性较大，端口主要是解理断口，但在局部区域存在沿晶端口形貌，见图4、5。
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图3 试样的宏观形貌 图4 断裂源（1#区域）的裂纹形貌 图5 断裂源处断口微观形貌
3 分析与讨论
综合以上检查、检测、分析及试验结果表明：经对发生断裂批次的壳体材料进行化学成分分析，分析结果符合材料标准要求；经对断裂原件取样进行力学性测试，测试结果表明，力学性能满足产品使用要求。符合相关要求。根据检测和解剖结果，可以确定壳体断裂的原因：
a根据回收壳体残骸进行宏观分析判断，断裂部位位于壳体密封槽处，经对在残骸上残留的壳体断裂处壁厚进行测量可知，断裂处壁厚不对称且壁厚差超差，导致壁厚单侧变薄，造成强度不足，是断裂的主要原因；
b根据微观金相分析检查可知，断裂源端口凹陷区域有较多的二次裂纹，说明材料的脆性较大，端口主要是解理断口，同时材料内部有较严重的带状偏析，裂纹呈锯齿形态扩展与材料中的偏析有一定关联，且金相组织有一定的回火马氏体，且材料的C元素含量偏高，材料有一定的脆性，也是壳体发生断裂的原因之一。
4 预防措施
4.1 检修水压机
对壳体冲拔用水压机进行了重新检查和维修，更换了滑块滑板，并将其与滑道间的间隙调整到0.43mm，使其满足使用要求。
4.2 工艺上增加壁偏差检测位置
在加工工艺上增加对壳体密封圈槽处壁偏差的检测要求，以防止断裂处再次发生壁偏差超差。
4.3 强度校核
对改进前、后的壳体断面进行了强度校核，计算结果表明，改进后壁改进前的强度欲度由3.01提高到4.21。
5 验证试验
5.1验证试验
对改进结构的壳体进行了结构强度试验。试验使用了不同寿命当量的火炮各射击1组，目的是考核壳体在不同寿命当量的火炮上射击时，在弹炮间隙不同、壳体初始扰动不同条件壳体的各项性能是否满足要求。
5.2 试验结果
经对射击试验后回收的壳体进行拆分检测，原发生断裂现象的位置无破坏、裂纹现象，变形量满足产品图定要求，改进结构的壳体结构强度满足要求。
6 结论
综上所述，壳体断裂的原因是：
1）壳体密封圈槽处壁厚差超差导致弹壁较薄而产生强度余量不足造成；
2）壳体材质C元素含量偏高，材料的脆性较大；
3）经检测分析断口主要是解理断口，同时断口处材料偏析严重；
4）结构设计强度欲度不足。
由以上综合因素的作用，最终导致壳体发生断裂现象。
参 考 文 献
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