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徑向偏析對(duì)航天用G50鋼力學(xué)性能到底有沒有影響?

G50鋼是我國(guó)自行設(shè)計(jì)的一種不含鈷的低合金鋼,因其具有高強(qiáng)度高韌性的特點(diǎn),常用于航空航天、智能彈藥等軍事領(lǐng)域,冶煉工藝一般為真空感應(yīng)+電渣重熔。我公司某型號(hào)航天產(chǎn)品用G50鋼在進(jìn)廠驗(yàn)收中,發(fā)現(xiàn)鋼材低倍試片上存在大量暗黑色斑點(diǎn),且沿半徑方向呈放射狀分布,經(jīng)對(duì)照ASTM A604標(biāo)準(zhǔn)判定為徑向偏析。


為了探究徑向偏析對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響,對(duì)原材料鋼材取樣進(jìn)行了低倍試驗(yàn),熱處理后分別進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)及金相組織分析。鋼材熱處理工藝為:900~930℃正火,660~700℃退火,860~900℃油冷淬火,250~350℃空冷回火。


1.理化檢驗(yàn)

(1)宏觀檢驗(yàn)

某型號(hào)航天產(chǎn)品用G50鋼在橫截面低倍組織上發(fā)現(xiàn)大量黑色斑點(diǎn),且沿半徑方向呈發(fā)散狀分布,如圖1所示,依據(jù)ASTMA604《自耗電極再溶化鋼棒與鋼坯的宏觀腐蝕試驗(yàn)方法》評(píng)定為徑向偏析C級(jí)。

圖1  G50低倍組織


(2)力學(xué)性能試驗(yàn)

分別在未發(fā)現(xiàn)徑向偏析與發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材上取拉伸試樣與沖擊試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),依據(jù)GB/T 228.1—2010在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn),依據(jù)GB/T 229—2007在擺錘試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn);試驗(yàn)結(jié)果見表1,表2。

1   未發(fā)現(xiàn)徑向的偏析鋼材力學(xué)性能

試樣

Rm

Rp0.2

A

Z

K-u2

1

1772

1449

11.5

47

65

2

1763

1438

11.0

46

66

3

1756

1436

12.0

48

70

4

1774

1440

11.5

47

68

2   發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材力學(xué)性能

試樣

Rm

Rp0.2

A

Z

K-u2

1

1772

1452

12.0

48

62

2

1766

1443

11.5

49

63

3

1769

1444

11.0

48

64

4

1769

1446

11.5

47

66

由未發(fā)現(xiàn)徑向偏析與發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明,徑向偏析對(duì)G50鋼材的力學(xué)性能影響不大,其中沖擊吸收功略有降低,但均滿足產(chǎn)品性能指標(biāo)要求。


(3)金相檢驗(yàn)

在鋼材徑向偏析處取金相試樣,磨制、光后,用4%硝酸酒精對(duì)試樣進(jìn)行侵蝕,在光學(xué)顯微鏡下觀察其組織形貌,如圖2所示。

圖2  組織形貌(500×)


可見鋼材徑向偏析處組織為正常的回火索氏體組織,滿足材料的組織要求。


2.分析與討論

由試驗(yàn)結(jié)果得知,徑向偏析對(duì)G50鋼材的力學(xué)性能影響不大,徑向偏析處組織為正常的回火索氏體組織,其中沖擊吸收功略有降低,但均滿足產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)要求。


偏析是金屬內(nèi)各個(gè)區(qū)域內(nèi)化學(xué)成分或組織不均勻分布造成的結(jié)果,徑向偏析為聚集的碳化物或雜質(zhì)造成,近似于GB/T 1979—2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》中的點(diǎn)狀偏析,點(diǎn)狀偏析是鋼液在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的成分偏析,具有點(diǎn)狀偏析的鋼材容易在偏析斑點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致疲勞失效。


由于本航天產(chǎn)品為一次性使用產(chǎn)品,使用過程中不會(huì)受到連續(xù)、反復(fù)載荷,可以忽略疲勞對(duì)產(chǎn)品的影響。


3.結(jié)語(yǔ)

(1)徑向偏析對(duì)G50鋼材的力學(xué)性能影響不大,但對(duì)鋼材的疲勞性能有一定的影響。


(2)由于本產(chǎn)品是一次性使用產(chǎn)品,可以忽略疲勞對(duì)產(chǎn)品的影響,因此可判定產(chǎn)品合格。


(3)提醒廠家嚴(yán)格注意后續(xù)鋼材質(zhì)量,加強(qiáng)過程監(jiān)控,杜絕各類缺陷出現(xiàn)。


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