姜煥成 李建洲 孫宏明（黑龍江北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

7A04鋁合金時(shí)效裂紋分析及對策

姜煥成 李建洲 孫宏明
（黑龍江北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

本文針對某型號破甲彈一關(guān)重件所選用的7A04鋁合金在固溶+時(shí)效過程中出現(xiàn)的裂紋現(xiàn)象進(jìn)行分析，查找出疵病產(chǎn)生的主要因素，并對現(xiàn)行工藝實(shí)施改進(jìn)。實(shí)踐證明，改進(jìn)后的工藝方式完全滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，解決了制約加工的生產(chǎn)瓶頸，提高成品率，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)重件；鋁合金；裂紋；成品率

破甲彈主要配用在坦克炮、反坦克炮、無坐力炮等武器上，用于毀傷坦克等裝甲目標(biāo)和混凝土工事。射流穿透裝甲后，以剩余射流、裝甲破片和爆轟產(chǎn)物毀傷人員和設(shè)備。因其不受初速和射距的限制，作戰(zhàn)靈活性較高，是一種發(fā)展?jié)摿^大的彈種。

某型號破甲彈一關(guān)重件（見圖1）的設(shè)計(jì)要求選用7A04超硬鋁合金材料，在固溶+時(shí)效狀態(tài)下使用。在產(chǎn)品科研試制期間，熱處理工序陸續(xù)出現(xiàn)內(nèi)孔裂紋廢品，校驗(yàn)合格率不足80%。金相檢查結(jié)果為沿晶斷裂（見圖2）。

該質(zhì)量問題的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品研制進(jìn)度，引起廠軍雙方高度重視。

圖1 關(guān)重件產(chǎn)品簡圖

圖2 裂紋處金相×200

1 原因分析

1.1 疵病數(shù)量統(tǒng)計(jì)

用于該產(chǎn)品生產(chǎn)的7A04鋁合金分別為E20130413XX和E20130414XX兩個(gè)冶煉爐號，投料數(shù)量總計(jì)504件，其中有72件產(chǎn)品不同程度出現(xiàn)裂紋，具體疵病情況見表1。

表1 不同爐號產(chǎn)品質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)

1.2 疵病原因分析

1） 該疵病位置主要集中在產(chǎn)品內(nèi)孔表面靠近根部處，如果該處機(jī)加圓角過小，有可能在固溶時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋［1］；

2） 鋁合金熱處理溫度范圍僅為±5℃，易產(chǎn)生過熱、過燒現(xiàn)象。如果加工設(shè)備或控溫儀表失靈，料溫將超過鋁材極限加熱溫度，晶核劇烈長大，晶間強(qiáng)度變?nèi)跎踔辆Ы缛诨?，最終導(dǎo)致裂紋發(fā)生［2］；

3）鋁合金在酸性環(huán)境下加熱易生成致脆物質(zhì)，在晶界薄弱環(huán)節(jié)形成組織破斷，導(dǎo)致宏觀裂紋［3］。

2 裂紋產(chǎn)生原因檢查

2.1 過度圓角檢查

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從質(zhì)量廢品中隨機(jī)抽取50件產(chǎn)品，半剖后對過度圓角用R規(guī)100%進(jìn)行復(fù)查，結(jié)果均滿足工藝要求。由于產(chǎn)品內(nèi)孔采用全功能數(shù)控車床一次裝夾完成，加工一致性很高，故排除過度圓角處應(yīng)力集中因素。

2.2 加熱設(shè)備及控溫儀表檢查

對生產(chǎn)用箱式電阻爐和時(shí)效箱依據(jù)GB/T9452-2003進(jìn)行溫場復(fù)檢，結(jié)果滿足工藝要求。對鎳-鉻熱電偶及PID自整定控溫儀進(jìn)行校對、復(fù)查，結(jié)果滿足工藝要求，且試樣金相組織、晶粒大小、形狀對比均未見異常（見圖3），晶粒大小0.025-0.045mm，故排除超溫因素。

圖3 7A04固溶-時(shí)效組織×200

2.3 理化檢測

2.3.1 原材料化學(xué)成分

從問題爐號中隨機(jī)抽取2件產(chǎn)品用直讀光譜儀對主元素復(fù)檢，結(jié)果均符合GB/T4437-2000標(biāo)準(zhǔn)要求，具體見表2。

2.3.2 非金屬夾雜

本單位委托包頭金屬研究所對試樣的非金屬夾雜情況進(jìn)行鑒定。通過SEM掃描電鏡檢測發(fā)現(xiàn)試樣合金基體內(nèi)彌散分布較多直徑約3um的顆粒（見圖4），對顆粒用X射線微區(qū)分析儀進(jìn)行定性分析，可以確認(rèn)這些小顆粒為P元素。

圖4 掃描電鏡下的非金屬夾雜

2.3.2 過熱蒸汽影響

由于過熱蒸汽用水中氯離子和PH值均在變動之中，為驗(yàn)證過熱蒸汽中氯離子和PH值的影響，采用工藝對比試驗(yàn)。具體為：選取同一冶煉爐號工件，按相同工藝進(jìn)行固溶處理，然后分別用電加熱時(shí)效和蒸汽時(shí)效進(jìn)行比對試驗(yàn)并分析結(jié)果。試驗(yàn)情況見表3。

由表3可見，蒸汽加熱時(shí)效處理后，兩個(gè)冶煉爐號均不同程度出現(xiàn)裂紋廢品，而用電加熱時(shí)效處理后，各爐號均無廢品產(chǎn)生。

表2 試樣化學(xué)成分檢測結(jié)果

表3 工藝對比試驗(yàn)情況

經(jīng)分析初步認(rèn)為：金屬基體中P元素局部疵病是內(nèi)因，工件固溶時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，隨后過熱蒸汽中氯離子作用（即蒸汽PH值影響），在合金基體晶界處產(chǎn)生致脆物質(zhì)，其宏觀結(jié)果是在晶界薄弱處形成組織破斷，導(dǎo)致沿晶裂紋。

3 解決方案

在工藝對比試驗(yàn)基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗(yàn)證分析結(jié)論正確性，決定改變原蒸汽時(shí)效工藝方式，改用電烘箱加熱時(shí)效處理。通過工藝摸索，重新確定時(shí)效工藝參數(shù)。

4 效果驗(yàn)證

產(chǎn)品試生產(chǎn)1個(gè)月，共生產(chǎn)8個(gè)冶煉爐號，質(zhì)量穩(wěn)定，廢品率僅為0.3-0.7%，解決了制約生產(chǎn)的工藝瓶頸，滿足產(chǎn)品驗(yàn)收指標(biāo)要求。

5 結(jié)論

此次工藝試驗(yàn)證明，7A04鋁合金用過熱蒸汽進(jìn)行時(shí)效處理，水份中氯離子濃度偏高時(shí)溶液呈酸性，金屬基體晶界處易生成致脆物質(zhì)，在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。但氯離子與鋁合金晶界基體具體作用形式還需作進(jìn)一步研究和探討。鑒于工廠檢測、分析條件限制，更細(xì)致的理論分析工作期待相關(guān)院所幫助指導(dǎo)。

（References）

［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007∶151-160.

［2］ 李泉華.熱處理技術(shù)400問解析［M］.北京∶機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］ 樊東黎，王廣生.熱處理手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007∶452-458.

上接P10頁

上述兩種工藝方法，還可以推廣應(yīng)用于鉬和其它某合金螺紋的加工。

7 結(jié)束語

TZM鉬合金螺紋的不同切削加工機(jī)床和不同加工工藝對比試驗(yàn)結(jié)果說明，普通車床低速螺紋車削工藝方法和數(shù)控車床高速斜進(jìn)式螺紋車削工藝方法，都可以使切屑成形好，便于排屑，減少刀具磨損，防止螺紋崩裂、擠傷，從而確保和提高螺紋加工質(zhì)量。

生產(chǎn)應(yīng)用的情況說明，上述兩種鉬合金車削加工方法，解決了TZM鉬合金螺紋車削加工的技術(shù)和質(zhì)量問題，而且加工效率比磨削高，又便于安排生產(chǎn)，有利于加快生產(chǎn)進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］上海材料研究所.機(jī)械工程手冊 ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

［2］才鴻年，趙寶榮.金屬材料手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.

姜煥成（1979-），男，漢族，工程師，專業(yè)領(lǐng)域∶機(jī)加工藝研究。