材料冲击韧性值对火工装置结构完整性的影响

郭晓荣，吴瑞德，李 琳，陈文龙，张 涛



材料冲击韧性值对火工装置结构完整性的影响

郭晓荣，吴瑞德，李 琳，陈文龙，张 涛

（陕西应用物理化学研究所，陕西 西安，710061）

以一个典型的火工装置壳体破裂为例，通过对其进行宏观检查、断口宏观微观分析、硬度测试、能谱分析和对强度、冲击载荷进行理论计算校核，得到该壳体的断裂模式为脆性断裂，主要与该部位受冲击载荷有关，表明材料冲击韧性值对火工装置的结构完整性有着重要影响，低温工况尤为明显，在设计时应充分考虑。

火工装置；材料冲击韧性值；断裂；冲击载荷；设计

火工装置主要由发火元件、装药和功能机构组成，利用装药的燃烧产生化学能量来驱动，并以活塞线性机械运动的方式传递，进而完成最终功能。火工装置的设计要点是既要保证结构具有足够的静强度[1-2]，又要实现可靠分离，同时还要求壳体结构完整。因此，壳体的材料选择就显得尤为重要，通常主要考虑其强度、硬度、耐蚀性和耐氧化性等多种性能，而冲击韧性值一般不用于直接设计，这与冲击韧性值是通过一次摆锤冲击试验测得的，测试时要求一次冲断，而实际中的工件大多数都是多次冲击后才被破坏有关。本文针对一个典型的火工装置壳体破裂案例问题，通过采用宏观检查、断口宏观微观分析、硬度测试、能谱分析和对强度及冲击载荷理论计算，确定了故障模式及产生原因，进而说明冲击韧性值对火工装置的结构完整性有着重要影响，低温工况尤为明显，在设计中应充分考虑，并进行计算、校核。

1 故障现象

某火工装置在低温-40℃贮存2h后进行功能试验，活塞快速运动后撞击堵头，与堵头通过螺纹连接的壳体发生破裂。

1.1 宏观检查

该壳体的材料牌号为05Cr17Ni4Cu4Nb，使用状态为：1 050℃固溶，480℃/4h时效；生产工艺流程为：下料→热处理→吹砂→机加工→滚螺纹→钝化→吹干。断裂壳体的外观形貌见图1，断裂部位如图1箭头所示。

图1 断裂壳体的形貌

1.2 断口观察

1.2.1 断口宏观观察

对断口进行宏观观察，如图2所示。壳体断口是一条周向裂纹，且位于距底端面约5～6mm的内螺纹根部，为线源起裂，扩展区呈放射状。

图2 断口宏观形貌

1.2.2 断口微观观察

采用扫描电镜对断口进行微观形貌观察，周向整个断面均呈准解理形貌，如图3所示。