Page 77 - 理化检验-物理分册2019年第六期

张 博, 等: 固体火箭发动机壳体低压力开裂原因分析

所示.通过观察壳体水压试验残骸, 发现裂缝在靠 １ 理化检验
近电缆支座一侧沿着轴线方向向前后裙扩展.其
１．１ 取样及目的
中, 裂缝上有两个位置有明显向外侧鼓包的现象, 初
明显鼓 包 的 两 个 区 域 ( 分 别 标 记 为 A 区 和 B
步判断鼓包的位置最先发生了塑性变形, 很可能是
区) 如图 １ 所示.在 A 区裂缝鼓包处切取相互匹配
最先开裂的位置.因此, 主要针对鼓包处进行取样
的断口试样, 标记为 １ 号和 ２ 号; 在紧挨着 ２ 号试样
分析.
的上端取化学成分分析试样, 标记为 HＧ２ 号; 在 HＧ
根据该 发 动 机 壳 体 生 产 工 艺 过 程, 笔 者 制 定
２ 号 试 样 的 上 端 沿 壳 体 轴 向 切 取 矩 形 拉 伸 试 样 ３
了此次 水 压 试 验 低 压 力 开 裂 的 故 障 树 [ ３ ] , 如 图 ２
件, 分别标记为 AＧ１ , AＧ２ , AＧ３ 号.在 B 区裂缝鼓包
所示.由于 该 产 品 属 于 成 熟 产 品, 故 排 除 设 计 不
处切取相互匹配的断口试样, 标记为 ３ 号和 ４ 号; 在
合理子事 件, 主 要 从 壳 体 是 否 存 在 初 始 缺 陷 方 面
４ 号试 样 的 左 侧 切 取 化 学 成 分 分 析 试 样, 标 记 为
着手分析.
HＧ４ 号;在 ３ 号试样的上端沿壳体轴向切取矩形拉
伸试样 ３ 件, 分别标记为 BＧ１ , BＧ２ , BＧ３ 号.
对 １~４ 号断口试样进行宏观和微观断口形貌
分析, 以确定断口的宏观和微观特征, 进而分析断裂
模式; 对 HＧ２ 号和 HＧ４ 号试样进行光谱分析和碳硫

分析, 以确 定 壳 体 材 料 的 化 学 成 分 是 否 满 足 GJB
３３２５－１９９８ « 航天固体火箭发动机用超高强度钢 锻
件规范» 要求; 对 A 区和 B 区的力学性能试样进
[ ４ ]
行拉伸试验, 测定抗拉强度和断后伸长率, 以确定壳
体的热处理性能是否满足设计指标.通过上述试
验, 分析造成壳体水压试验失败的可能原因.
１．２ 化学成分分析
HＧ２ 和 HＧ４ 号 试 样 的 化 学 成 分 分 析 结 果 见
表 １ . 可见两试样的化学成分均满足复验标准 GJB
图 ２ 失效分析故障树 ３３２５－１９９８ 对 ３１Si２MnCrMoVE 超高强度钢成分
Fi g 敭２ Thefailureanal y sisfaulttree 的要求, 排除壳体材料化学成分不合格的情况.
表 １ 化学成分分析结果( 质量分数)
Tab敭１ Thechemicalcom p ositionanal y sisresults massfraction ％
试样编号 C S P Si Mn Cr Mo V Cu

HＧ２ ０．３１ ０．００１ ０．００３ １．５７ ０．８４ １．０３ ０．５０ ０．１１ ０．０２
HＧ４ ０．３３ ０．００１ ０．００３ １．４５ ０．８６ １．０７ ０．４８ ０．１０ ０．０２
标准值 ０．２８~０．３３ ≤０．０１０ ≤０．０１５ １．４０~１．７０ ０．７０~１．００ １．００~１．３０ ０．４０~０．５５ ０．０８~０．１５ ≤０．２５

１．３ 力学性能试验 的塑性变形.
A 区和 B 区切取的力学性能试样拉伸试验结 表 ２ 拉伸试验结果
果见表 ２ .可见所有试样的抗拉强度和断后伸长率 Tab敭２ Thetensiletestresults
均满足 GJB３３２５－１９９８ 对 ３１Si２MnCrMoVE 高强 取样区域 试样编号 抗拉强度 / MPa 断后伸长率 / ％
度钢的要求, 故可初步排除因壳体热处理质量不合 AＧ１ １６９０ ９．８
格导致水压试验低压力开裂的可能性. A 区 AＧ２ １６８８ ９．１
１．４ 断口分析 AＧ３ １６９９ １１．３
１．４．１ 断口壁厚测量 BＧ１ １７３２ １０．４
B 区 BＧ２ １７２６ １０．０
对 １ 号和 ３ 号试样断口处的壁厚进行了随机测
BＧ３ １７３９ １０．２
量, 测得最薄处壁厚为 ２．８５ mm , 远小于公 称壁厚
标准值 ≥１６２０ ≥８
３．１８mm . 可见壳体断口处在开裂之前发生了一定
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