失效分析案例讲解.ppt

某式***枪管断裂失效分析
Fracture Failure Analysis of Some Pistol Chamber
讲解:
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失效问题描述
某式***在生产过程中,未组装的枪管在高压试验中不时出现断裂现象。技术人员初步分析认为是型锻质量不合格造成,并采取了相应措施,但断裂现象仍时有发生。

通过试验排除了枪管由于设计强度和材料本身缺陷造成失效的可能性。用电子显微镜、扫描电镜(SEM)以及能谱仪对断口的宏观、微观形貌及析出物进行分析,发现了失效的真正原因,并进行了模拟验证试验,对生产工艺进行了改进,彻底解决了问题。
原始资料收集及失效件初步检查
枪管材料:30CrNi2WVA 军工钢(GJB)
长:111 mm 内径:9mm 壁厚:115 mm
(内壁镀铬,有6条膛线)
原材料由φ42 mm的棒材通过锻造改拔成φ28 mm的棒材,然后经以下工艺流程制成枪管成品:
下料→调质→深孔钻→电解抛光→挤丝→去应力→
机加工→热处理→校直→机加工→酸洗(去除氧化膜) →镀铬→打高压弹→磁粉探伤→检验→入成品库
枪管加工工艺
失效件初步检查
断裂枪管的裂纹都出现在管中部(图1),即进行校直时的压点处。裂纹源在枪管内壁阴线与阳线的交界线上,成曲线向外扩展,裂纹长度在410cm左右。根据断口的宏观形貌(图2),可发现断口为脆性断口,裂源区、扩展区和瞬断区分明。
图1 枪管裂纹全貌
失效件初步检查
断裂枪管的裂纹都出现在管中部(图1),即进行校直时的压点处。裂纹源在枪管内壁阴线与阳线的交界线上,成曲线向外扩展,裂纹长度在410cm左右。根据断口的宏观形貌(图2),可发现断口为脆性断口,裂源区、扩展区和瞬断区分明。
图2 裂纹宏观断口
图1 枪管裂纹全貌
图2 裂纹宏观断口
失效件常规分析
设计强度验证
射击时,枪管承受的作用力是很复杂的,主要有:
***气体压力、弹头在膛内运动的摩擦力、挤压力、扭转,枪管后座的惯性力及枪管受热而产生的热应力等。
在力强度设计中,全面考虑上述各作用力比较困难,为了简化计算,通常只考虑其中的最大作用力—***气体压力。
由厚壁圆筒最大变形强度理论,计算得到枪管可承受的实际强度曲线(Ps-L),其与枪管的实际工作压力膛压曲线(P-L)对比见图3,可见枪管强度是足够的。
图3 枪管可承受的实际强度与工作压力曲线
失效件常规分析
枪管壁厚尺寸不均匀,校直会使其产生塑性变形,导致残余拉应力或校直裂纹,而且此后也没有相应的去应力措施,对枪管质量影响较大。
校直受力分析
材料分析
光
谱
分
析
选择与断裂枪管同批材料、经过相同热处理工艺的材料制作试样,进行拉伸和冲击标准试验,结果表明材料的力学性能符合技术要求。
失效件常规分析
对断裂枪管进行了金相分析,发现断裂枪管的组织为回火屈氏体,符合技术要求。
回火屈氏体(tempered troostite) 回火温度为350~500摄氏度,由马氏体在低于珠光体形成温度时分解而得到铁素体基体与大量弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织,叫做回火屈氏体,也叫极细珠光体。即碳化物和a-相的混合物。
断口分析
断口宏观分析
宏观断口观察发现裂纹源在枪管内表面阴、阳线的交界线上,裂纹扩展部分有明显的放射条纹,裂纹以裂源为中心呈弧形向外扩展,最终断裂部位有明显的剪切唇。
用显微镜观察裂纹, mm深的渗铬层(图5白色部位),明显大于整体渗铬层深度( mm),说明枪管在内膛镀铬前已经产生了裂纹。