常州精密钢管博客

径向偏析对航天用G50钢力学性能到底有没有影响?

G50钢是我国自行设计的一种不含钴的低合金钢,因其具有高强度高韧性的特点,常用于航空航天、智能弹药等军事领域,冶炼工艺一般为真空感应+电渣重熔。我公司某型号航天产品用G50钢在进厂验收中,发现钢材低倍试片上存在大量暗黑色斑点,且沿半径方向呈放射状分布,经对照ASTM A604标准判定为径向偏析。


为了探究径向偏析对钢材力学性能的影响,对原材料钢材取样进行了低倍试验,热处理后分别进行了力学性能试验及金相组织分析。钢材热处理工艺为:900~930℃正火,660~700℃退火,860~900℃油冷淬火,250~350℃空冷回火。


1.理化检验

(1)宏观检验

某型号航天产品用G50钢在横截面低倍组织上发现大量黑色斑点,且沿半径方向呈发散状分布,如图1所示,依据ASTMA604《自耗电极再溶化钢棒与钢坯的宏观腐蚀试验方法》评定为径向偏析C级。

图1  G50低倍组织


(2)力学性能试验

分别在未发现径向偏析与发现径向偏析的钢材上取拉伸试样与冲击试样进行力学性能试验,依据GB/T 228.1—2010在电子万能试验机上进行拉伸试验,依据GB/T 229—2007在摆锤试验机上进行冲击试验;试验结果见表1,表2。

1   未发现径向的偏析钢材力学性能

试样

Rm

Rp0.2

A

Z

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   发现径向偏析的钢材力学性能

试样

Rm

Rp0.2

A

Z

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

由未发现径向偏析与发现径向偏析的钢材的力学性能试验结果表明,径向偏析对G50钢材的力学性能影响不大,其中冲击吸收功略有降低,但均满足产品性能指标要求。


(3)金相检验

在钢材径向偏析处取金相试样,磨制、光后,用4%硝酸酒精对试样进行侵蚀,在光学显微镜下观察其组织形貌,如图2所示。

图2  组织形貌(500×)


可见钢材径向偏析处组织为正常的回火索氏体组织,满足材料的组织要求。


2.分析与讨论

由试验结果得知,径向偏析对G50钢材的力学性能影响不大,径向偏析处组织为正常的回火索氏体组织,其中冲击吸收功略有降低,但均满足产品的各项技术要求。


偏析是金属内各个区域内化学成分或组织不均匀分布造成的结果,径向偏析为聚集的碳化物或杂质造成,近似于GB/T 1979—2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》中的点状偏析,点状偏析是钢液在结晶过程中产生的成分偏析,具有点状偏析的钢材容易在偏析斑点处产生应力集中导致疲劳失效。


由于本航天产品为一次性使用产品,使用过程中不会受到连续、反复载荷,可以忽略疲劳对产品的影响。


3.结语

(1)径向偏析对G50钢材的力学性能影响不大,但对钢材的疲劳性能有一定的影响。


(2)由于本产品是一次性使用产品,可以忽略疲劳对产品的影响,因此可判定产品合格。


(3)提醒厂家严格注意后续钢材质量,加强过程监控,杜绝各类缺陷出现。






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