Defeito da parte inferior da bala de liga de alumínio: Análise da causa

A liga de alumínio tem alta resistência específica, boa resistência à corrosão, alta tenacidade e fácil processamento.

É amplamente utilizado em várias peças estruturais de alta resistência de aeronaves, mísseis e foguetes.

É um material importante no campo aeroespacial.

Um determinado modelo de produto é extrudado da liga de alumínio 7A04.

Após o tratamento térmico de um forno do produto, descobriu-se que havia defeitos na parte inferior da bala.

Houve delaminação e queda de escória na boca da parte inferior da bala.

As rachaduras circulares formadas ao longo da circunferência eram visíveis na parte do cone da superfície externa, e as rachaduras circulares formadas ao longo da circunferência também foram encontradas na transição do arco do furo interno.

Para descobrir as causas dos defeitos na parte inferior da bala, são analisadas as causas dos defeitos na parte inferior da concha de liga de alumínio.

1. Análise e localização de falhas

Em combinação com o processo de processamento do fundo da bala, os defeitos do fundo do cartucho são analisados de acordo com o método de análise da árvore de falhas.

Figura 1 Árvore de falhas do defeito na base da bala

(1) Pessoal

Após o treinamento e a avaliação, os operadores assumiram seus postos com certificados e são todos operadores experientes.

(2) Matérias-primas

A matéria-prima é a barra 7A04, e a composição química, propriedades mecânicasA estrutura metalográfica e a macroestrutura da aceitação de entrada são todas qualificadas.

(3) Artesanato

A tecnologia de processamento de fundo de munição tem sido usada há muitos anos, e os parâmetros do processo são razoáveis e eficazes.

Fluxo do processo: preparação antes da produção → alimentação → forjamento de matrizes → usinagem de desbaste → tratamento térmico → usinagem de acabamento;

O método de tratamento térmico da liga de alumínio é o tratamento T6, no qual a temperatura de resfriamento do tratamento de solução é de 470 ℃.

(4) Equipamentos

Depois de verificar o equipamento de tratamento térmico, o operador foi informado de que a cor da peça de trabalho era vermelha quando o fundo da bomba do forno saiu, o que não havia acontecido antes.

(5) Localização da falha

Combinado com a árvore de falhas para solução de problemas e análise, os possíveis problemas de pessoal, materiais e tecnologia foram eliminados, e foi basicamente determinado que os defeitos no fundo da bomba foram causados por problemas no equipamento de tratamento térmico.

2. Inspeção física e química

Para descobrir a causa do defeito, a anatomia do fundo da bala com defeitos óbvios foi selecionada para inspeção física e química.

(1) Observação macro

Corte ao longo do eixo do fundo da concha.

De acordo com os requisitos dos métodos de inspeção estrutural GB/T 3246.2-2012 para alumínio deformado e produtos de liga de alumínio - Parte 2: métodos de inspeção para macroestrutura, foi analisada a macroestrutura do fundo do casco de liga de alumínio com falha.

Após a gravação, verificou-se que havia um grande número de rachaduras na superfície de teste e rachaduras que se estendiam para dentro na transição do arco da parede interna.

Ao mesmo tempo, um anel de granulação grossa com profundidade de 2,5 mm foi encontrado na superfície do cone externo.

Havia rachaduras na interface entre o anel de granulação grossa e o substrato, e rachaduras longitudinais na parte inferior central.

(2) Análise da microestrutura

Retire a amostra metalográfica na transição do arco do fundo da bomba.

De acordo com os requisitos dos métodos de inspeção GB/T 3246.1-2012 para microestrutura de alumínio deformado e produtos de liga de alumínio Parte 1: métodos de inspeção para microestrutura, após a moagem da amostra, use uma solução aquosa ácida mista para corrosão.

A microestrutura é mostrada na Fig. 2.

Após a observação, a fase eutética fundida novamente aparece na microestrutura da amostra, e há muitas características estruturais semelhantes ao triângulo fundido novamente, que são enriquecidas no limite do grão.

Tem as características de alargamento dos limites dos grãos e é uma estrutura típica de queima excessiva.

Fig. 2 Microestrutura do fundo de bala

3. Detecção da temperatura do forno

Para descobrir a causa da queima excessiva, o campo de temperatura no forno de tratamento térmico durante o carregamento é detectado de acordo com o método GB / T 9452-2012 para a determinação da zona de aquecimento efetiva do forno de tratamento térmico.

O ponto de medição nº 5 do equipamento de teste é conectado ao termopar, e os outros 5 pontos de medição são colocados na peça de trabalho.

As posições dos pontos de medição são mostradas na Fig. 3.

Fig. 3 Posição de detecção da temperatura do forno

Observação: 1 a 6 são pontos de medição de temperatura

Coloque os pontos de medição de acordo com a Fig. 3 para testar o campo de temperatura no forno de tratamento térmico.

A temperatura do forno é definida em 470 ℃ e a temperatura é mantida por 70 minutos.

Registre a mudança de temperatura de cada ponto de medição.

Consulte a Tabela 1 para ver os resultados do teste.

Tabela 1: Resultados da detecção de temperatura do forno de tratamento térmico (℃)

Resultados do teste: a diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima no forno excede 50 ℃, e a temperatura flutua muito.

A temperatura medida no forno é inconsistente com a temperatura definida, e a temperatura no forno é mais alta do que a temperatura definida.

Imediatamente, o forno de tratamento térmico foi revisado.

Descobriu-se que a placa de revestimento no lado direito da parede interna do forno estava rachada e a lacuna era grande.

O ventilador do forno estava solto e a velocidade era muito baixa.

4. Análise e discussão

A temperatura máxima do forno de tratamento térmico é de 525,04 ℃, que é 489 ℃ mais alta do que o ponto de fusão da liga de alumínio 7A04 de baixo ponto de fusão eutético Al + T (Al₂Mg₃Zn₃), o que causará o limite de grão da liga de alumínio e as fases insolúveis, como Al₆ (MnFe) e AlMnFeSi no cristal para formar aglomerados e formar bolas refundidas com as fases insolúveis aglomeradas como o núcleo nos limites locais dos grãos, resultando em uma estrutura superqueimada.

A estrutura excessivamente queimada torna os limites dos grãos da liga de alumínio frágeis e reduz a resistência.

No processo subsequente de resfriamento e têmpera, ele é submetido a tensões de alta resistência e produz rachaduras, o que reduz a propriedade de fadiga e a propriedade de corrosão da peça de trabalho.

Portanto, não é permitido que as peças de liga de alumínio após o tratamento térmico apresentem queima excessiva, e a segregação dendrítica grosseira também pode formar uma estrutura de faixa no processamento subsequente, resultando na falha da peça de trabalho no processo de uso.

O processo de análise mostra que o motivo dos defeitos do fundo da bomba é que a temperatura anormal do forno de tratamento térmico faz com que a temperatura de aquecimento de resfriamento seja muito alta, o que causa a queima excessiva do material.

A existência de segregação intracristalina e de fases frágeis redundantes reduz significativamente a plasticidade e faz com que a resistência do material diminua.

Durante o resfriamento com água, as rachaduras são formadas nos pontos de concentração de tensão, como transição de arco, cantos afiados e anéis de granulação grossa, e as rachaduras ocorrem sob a ação de estresse interno.

5. Conclusão e medidas de aprimoramento

1) O motivo dos defeitos do fundo da bomba é que a temperatura no forno de tratamento térmico é muito alta, o que leva à queima excessiva de materiais e à falha precoce dos produtos.

2) Consertar o equipamento defeituoso, soldar o revestimento interno do forno de tratamento térmico, substituir o ventilador do forno e consertar as peças de vedação.

3) Reforçar o gerenciamento, verificar regularmente o forno de tratamento térmico e usar termômetro infravermelho para testar a temperatura real no forno antes que a peça de trabalho seja colocada no forno.