Page 64 - 理化检验-物理分册2021年第一期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202101011

火箭发动机壳体开裂原因

赵 杨,邹 骏

( 上海航天动力技术研究所,上海 201109 )
摘 要: 某火箭发动机壳体在进行静力试验时发生开裂, 通过化学成分分析、 力学性能测试、 金
相检验、 断口分析等方法, 对壳体的开裂原因进行了分析。结果表明, 成分偏析导致壳体在旋压过
程中产生微观缺陷; 在水压试验过程中, 水中的活性离子会加速裂纹的扩展, 导致壳体在静力试验
时发生氢脆和应力腐蚀开裂。

关键词: 发动机壳体;静力试验;偏析;氢脆;应力腐蚀开裂

中图分类号: TG113.22 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 01-0046-04

CauseofCrackin g onRocketEn g ineShell

ZHAOYan g ZOUJun
,

( Shan g haiS p acePro p ulsionTechnolo gyResearchInstitute , Shan g hai201109 , China )

Abstract : Therocketen g ineshellcrackeddurin gthestatictest.Thecausesofcrackin gonshellwere

anal y zedb y meansofchemicalcom p ositionanal y sis , mechanicalp ro p ert ytest , metallo g ra p hicexaminationand

fractureanal y sis.Theresultsshowthatthecom p ositionse g re g ationcausedthe microdefectsinthes p innin g

p rocess.Inthe p rocessofh y drostatictest , theactiveionsinwateracceleratedthecrackp ro p a g ation , whichresulted

inh y dro g enembrittlementandstresscorrosioncrackin gofshellinstatictest.

Ke y words : en g ineshell ; statictest ; se g re g ation ; h y dro g enembrittlement ; stresscorrosioncrackin g

30Cr3SiNiMoVA 钢是在总结了国内外超高强 后泄压, 将壳体烘干。为检验吊挂体的承载能力, 将
度钢的基础上, 由我国相关单位研制的钢种。其具 壳体注水悬挂 80h 。为研究壳体在静载荷作用下

有优良的室温及高温力学性能、 高淬透性以及良好 的刚度、 强度、 应力、 变形等情况, 对壳体进行静力试
的加工成型工艺性和焊接工艺性。目前在固体火箭 验。在静力试验过程中对注水壳体施加一定外载荷
发动机壳体及相应连接部件的设计制造中被广泛应 的同时, 向壳体内充压, 当压力达到 9.5 MPa时, 筒

用, 如机载武器的壳体及挂接件等 [ 1-3 ] 。火箭发动机 壁出现渗水现象, 检查壳体时发现在其周向固定装
壳体是发动机的重要组成部分, 既是火箭弹体的一 置处的壳体开裂。为找到壳体开裂的原因, 笔者对
部分, 也是推进剂反应的场所, 不仅要承受发动机在 其进行了理化检验与分析。
工作时产生的内压, 还要承受来自全弹的外载荷。
1 理化检验
某火箭发动机壳体经过旋压工艺后成形, 其热

处理工艺为: 920 ℃ 淬火 +270 ℃ 回火 → 空冷。发 1.1 宏观观察
动机安装使用之前需对发动机进行一系列试验来检 在壳体中段发现两条位置邻近的裂纹, 长度约
验其安全性和稳定性。为检验发动机的气密性和质 为 8mm , 两条裂纹均沿轴向扩展, 壳体表面无明显

量, 对壳 体 进 行 水 压 试 验, 充 压 至 10.5 MPa 保 压 塑性变形。对其中一条裂纹进行观察, 可见裂纹贯

1min , 降压至 7 MPa保压 3min , 再降压至 3 MPa 穿壁厚方向( 3 mm ), 如图 1 所示。对断口进行观
察, 可见断口表面腐蚀情况较为严重, 说明壳体在开
裂后断口与空气和水接触发生了氧化; 将开裂断口
收稿日期: 2020-04-21
清洗后再进行观察, 可见断口表面平齐, 无明显塑性
作者简介: 赵 杨( 1988- ), 男, 助理工程师, 主要从事金属材料

检验测试和失效分析工作, tishao@126.com 变形, 为典型的脆性断口。
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