2024年3月24日发(作者：糜茹)
某炮弹弹体内膛裂纹原因分析
夏克祥;姜春茂;刘海艳;方晓玲;孙家利;迟维恒
【摘 要】目的：某弹体作为某炮弾一重要零件，材料采用9260钢。研究其在冲
压过程中，毛坯内膛出现侧壁拉裂和底部裂纹疵病的原因。方法利用理论分析毛坯
在冲压过程中的变形机理和金属流动规律，结合理化检测等手段，对弹体疵病产生
的原因进行了系统分析。结果通过对毛坯成形原理分析和理化检测分析，对裂纹产
生的原因进行逐一排查，最终准确找到了该弹体疵病产生的原因。结论弹体用
9260钢原材料存在缩孔残余及沿晶低熔点物质，是造成弹体毛坯侧壁拉裂和裂纹
的根本原因。%As an important part of the artillery elastic body, the
projectile was made of 9260 steel material. The cause for cracks on the
bore wall and the bore bottom of the blank in the process of stamping was
analyzed. Theoretical analysis of the stamping deformation mechanism
and the law of metal flow was conducted for the blank, and the cause for
projectile faults was systematically analyzed using physical and chemical
detection methods. By means of blank forming principle a-nalysis and
physical/chemical detection analysis, the causes for the cracks were
investigated one by one, and finally the cause for projectile faults was
accurately revealed. It was found that the presence of shrinking hole
remnant and intercrystal-line low-melting point substances in the 9260
steel raw material for the projectile was the fundamental cause for the
cracks in the bore wall of the projectile blank.
【期刊名称】《精密成形工程》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】4页(P93-96)
【关键词】弹体;9260钢;裂纹疵病;原材料
【作 者】夏克祥;姜春茂;刘海艳;方晓玲;孙家利;迟维恒
【作者单位】北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华安工
业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华安工业集团有限公司，黑龙江
齐齐哈尔161046;北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华
安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华安工业集团有限公司，黑
龙江 齐齐哈尔161046
【正文语种】中 文
【中图分类】TG111.91
9260钢是我国应用较为普遍的硅猛系合金弹簧材料，具有较高的屈服极限、高的
屈强比、广泛的适应性，以及良好的淬透性、冷脆性、热加工性能、冷加工性能等，
广泛应用于兵器行业中作为关键零部件的材料，其战术性能相当于国外高破片弹钢
的水平［1］。我公司某弹关键零部件弹体采用鞍山特种钢铁有限公司生产的
9260钢154 mm×154 mm进行热冲压加工。该钢材的加工方式为连铸、连轧。
2014年在弹体生产中，检验员在冲孔工序、水浸探伤工序共计发现90发弹体存
在侧壁拉裂和底部裂纹疵病［2］，弹体疵病宏观形貌如图1所示。为准确找到裂
纹产生的原因，进行了原理分析和理化检测分析。
该弹体制造工艺流程如下:钢坯锯切下料（圆盘锯切割）→工频感应加热（1120～
1150℃）→压型→冲下盲孔→冲上盲孔→空冷→粗车→二次感应加热→热拉伸→
空冷→弹体退火（感应加热，780～810℃）→粗车（单边车削4 mm）→上部感
应加热→收口→热处理→探伤→精车→探伤。
图1 弹体疵病宏观形貌Fig.1 Macro morphology of projectile faults
1 原因分析
1.1 疵病数量统计
用于该弹体冲压生产的9260钢的炉号分别为2014-1和2014-2，共计下料602
发，90发壳体毛坯底部不同程度地出现了裂纹疵病，占总体的14.95%［3］。具
体疵病情况为:2014-1号炉，投料358发，疵病数量为53，占14.8%;2014-2号
炉投料244发，疵病数量为37，占15.16%。
1.2 疵病产生原因分析
1）冲压加工过程中监控的感应加热温度不满足工艺要求、冲压用压型工装尺寸超
差或者操作过程中不符合工艺要求，也可能是产生该疵病的原因之一。
2）原材料本身存在缺陷，在后续加工过程中容易产生裂纹，也可能是产生该疵病
的原因之一。
2 裂纹产生原因检查和分析
对冲压过程中感应加热记录及工装尺寸进行了检查，结果均符合工艺要求。
2.1 毛坯底部裂纹
通过实物观察，结合钢厂生产流程及我厂加工工艺，经分析认为:该毛坯属于钢坯
浇铸帽口残余部位，内部组织缺陷较重，钢坯锯切时，帽口残余部位没有完全清除，
一般情况下，浇铸时缩孔缺陷常伴有偏析、低熔点夹杂、疏松等缺陷［4］。该毛
坯缺陷组织位于钢坯上部或者说非常接近冲头底部（非变形区），在冲孔过程中受
高温高压的润滑气体冲击，毛坯底部缺陷熔化或者撕裂而形成孔洞（如图2所
示）。冲压过程中，一般情况下轻微的缺陷组织会得到有效改善［5］。
图2 底部缩孔形成示意图Fig.2 Schematic diagram of the formation of
bottom shrinkage hole
2.2 内膛侧壁拉裂
第1炉1发弹体内膛侧壁拉裂，具体形态见图3。由于钢锭的凝固过程是自外向
内的，因而其内部铸造组织自心部向外越来越致密［6］，疵病区会存在于钢锭中
心部位（越靠近中心越严重），同时，钢锭的内部收缩是自下而上的，即越接近帽
口端致密性越差［7］。
图3 侧壁拉裂形成原理示意Fig.3 Schematic diagram of the formation
principle of side wall crack
弹体的变形过程顺序为镦粗、反挤、拔伸，在镦粗工序钢坯受到自外向内的挤压力，
变形程度大［8］，有缺陷组织在这一工序会得到最大程度的改善，使毛坯组织致
密;在反挤变形过程中，随着冲头的压入，钢坯心部组织会在冲头下行过程随着金
属流动至冲头表面［9］，若钢坯心部存在缺陷同时也会在反挤压过程中被带动至
冲头表面［10］;拔伸加工过程弹体毛坯所有组织受拉应力，若此时基体存在有缺
陷的组织，会因承受不住巨大的拉应力而开裂，形成内膛侧壁的拉裂［11］。
2.3 理化检测
2.3.1 金相取样
将1发裂纹较严重弹体进行解剖试验，采用带锯机将弹体解剖后，发现在弹体发
动机底部有宏观微孔聚集型裂纹存在［12］，见图4。采用车床对弹体底部进行
切削试验，结果见图5。将解剖后弹体底部进行锯切取样［13］，经抛光后，裂
纹见图6，深度约为7 mm。
图4 解剖后弹体底部裂纹Fig.4 Projectile bottom crack after dissection
图5 切削后弹体底部裂纹Fig.5 Projectile bottom crack after cutting
2.3.2 金相分析
在光学显微镜下，对弹底有裂纹的部位和异常部位进行观察并照相［14］，图7a，
b为200倍光学显微镜下照片，图7c为500倍光学显微镜下照片，图7d为
1000倍光学显微镜下的照片［15］。通过显微照片观察，发现弹底裂纹处有夹杂、
偏析、缩孔、沿晶低熔点物质等原材料缺陷存在。
图6 抛光后试样裂纹Fig.6 Crack in specimen after polishing
图7 横向裂纹照片Fig.7 Photos of transverse cracks
3 结论
通过对某弹弹体毛坯成形原理分析和裂纹疵病料理化检测分析，准确找到了裂纹疵
病产生的原因。用于生产该弹体的9260钢存在缩孔残余类缺陷和沿晶低熔点物质，
是造成弹体底部裂纹和侧壁拉裂疵病的根本原因［1—16］。
参考文献:
【相关文献】
［1］朱小兢.冷挤压技术在精冲模具设计中的应用［J］.模具制造，2013，13（6）:15—17.
ZHU Application of Cold Extruding Technic in the Fine-Blanking Die Design
［J］.Die ＆ Mould Manufacture，2013，13（6）:15—17.
［2］张福乐.圆形凸台件的冷挤压工艺及模具设计［J］.精密成形工程，2009，1（2）:65—67.
ZHANG Extrusion Process and Die Design of Cups with Bosses［J］.Journal of
Netshape Forming Engineering，20019，1（2）:65—67.
［3］李亮，王平，陈爱华.汽车起动机减速轴冷挤压数值模拟分析［J］.机械设计与制造，2010，
（12）:210—212.
LI Liang，WANG Ping，CHEN cal Simulation Analysis of Cold Extrusion for
Speed-reducer Shaft of Auto's Starter［J］.Machinery Design ＆ Manufacture，2010，
（12）:210—212.
［4］WADESH Kumar Singh，AMRIT Dixit，RAVI Kumar zation of the Design
Parameters of Modified Die in Hydro-Mechanical Deep Drawing Using LS-DYNA
［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2008:32—37.
［5］方泉水，辛选荣，刘汀，等.直齿圆柱齿轮浮动凹模冷闭式镦挤成形数值模拟分析［J］.锻压
技术，2007，32（2）:1—2.
FANG Quan-shui，XIN Xuan-rong，LIU Ting，Et Numerical Simulation Analysis for
the Cold Closed Upsetting-Extrusion Fluctuating Forging of the Spur Gear［J］.Forging ＆
Stamping Technology，2007，32（2）:1—2.
［6］杨继章，孙建军，王薇.高轮毂齿轮毛坯的模锻成形工艺及模具设计［J］.精密成形工程，
2012，4（3）:67—70.
YANG Ji-zhang，SUN Jian-jun，WANG Forging Technology and Mold Design of
High Hub Gear Blank［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，2012，（3）:67—
70.
［7］CHITKARA N Net Shape Gorging of Spur Gear Forms:an Analysis and Some
Experiments［J］.International Journal of Mechanical Sciences，1996，（8）:891—91.
［8］WALTERS J，WU W T，ARVIND Development of Process Simulation for
Industrial Application［J］.Materials Processing Technology，2000:205—211.
［9］李伟，刘庆锁，陆翠敏等.自行车多飞飞轮轮芯冷挤压模具失效分析［J］.热加工工艺，2011，
40（6）:190—192.
LI Wei，LIU Qing-suo，LU e Analysis of Cold Extruding Die for Molding of
Bicycle Multi-flywheel［J］.Hot Working Technology，2011，40（6）:190—192.
［10］曹国洲，王谦，张建波.Cr12钢模具加工失效分析［J］.热加工工艺，2009，38
（10）:181—182.
CAO Guo-zhou，WANG Qian，ZHANG e A-nalysis of Mould Processing of
Cr12 Steel［J］.Hot Working Technology，2009，38（10）:181—182.
［11］孙永刚.基于有限元方法的大型曲轴镦锻模具损伤分析［J］.热加工工艺，2012（7）:72—
74.
SUN Yong-gang，Damnification Analysis of Upset Forging Heavy Crankshafts Based on
FEA［J］.Hot Working Technology，2012（7）:72—74.
［12］赵春雨，孟宪举，李军.齿轮坯模锻成形过程的数值模拟及优化［J］.精密成形工程，2010，
2（6）:24—28.
ZHAO Chun-yu，MENG Xian-ju，LI Blank Forging Forming Process Simulation
and Optimization［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，2010，2（6）:24—28.
［13］CHOI J，CHO H Y，JO C Upper-bound Analysis for the Forging of Spur Gears
［J］.Journal of Materials Procession Technology，2000（8）:67—73.
［14］HECHT-NIELSEN of the Back Propagation of Neural Network
［A］.Sheraton Washington Hotel，1989:593—605.
［15］于文生，聂兰启，汪发春.带凸缘薄壁喇叭形零件的整形［J］.精密成形工程，2010，2
（3）:76—77.
YU Wen-sheng，NIE Lan-qi，WANG of the Thin-walled Horn Part with
Flange［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，2010，2（3）:76—77.
［16］张志明，黄少东，刘川林，等.弹体成形工艺数字化设计系统的开发与实践［J］.精密成形工
程，2010，2（6）:55—59.
ZHANG Zhi-ming，HUANG Shao-dong，LIU Chuan-lin，et pment and Practice
of Digital Design of Shell Body Forming［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，
2010，2（6）:55—59.
2024年3月24日发(作者：糜茹)
某炮弹弹体内膛裂纹原因分析
夏克祥;姜春茂;刘海艳;方晓玲;孙家利;迟维恒
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的原因进行了系统分析。结果通过对毛坯成形原理分析和理化检测分析，对裂纹产
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9260钢原材料存在缩孔残余及沿晶低熔点物质，是造成弹体毛坯侧壁拉裂和裂纹
的根本原因。%As an important part of the artillery elastic body, the
projectile was made of 9260 steel material. The cause for cracks on the
bore wall and the bore bottom of the blank in the process of stamping was
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and the law of metal flow was conducted for the blank, and the cause for
projectile faults was systematically analyzed using physical and chemical
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investigated one by one, and finally the cause for projectile faults was
accurately revealed. It was found that the presence of shrinking hole
remnant and intercrystal-line low-melting point substances in the 9260
steel raw material for the projectile was the fundamental cause for the
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【期刊名称】《精密成形工程》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】4页(P93-96)
【关键词】弹体;9260钢;裂纹疵病;原材料
【作 者】夏克祥;姜春茂;刘海艳;方晓玲;孙家利;迟维恒
【作者单位】北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华安工
业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华安工业集团有限公司，黑龙江
齐齐哈尔161046;北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华
安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161046;北方华安工业集团有限公司，黑
龙江 齐齐哈尔161046
【正文语种】中 文
【中图分类】TG111.91
9260钢是我国应用较为普遍的硅猛系合金弹簧材料，具有较高的屈服极限、高的
屈强比、广泛的适应性，以及良好的淬透性、冷脆性、热加工性能、冷加工性能等，
广泛应用于兵器行业中作为关键零部件的材料，其战术性能相当于国外高破片弹钢
的水平［1］。我公司某弹关键零部件弹体采用鞍山特种钢铁有限公司生产的
9260钢154 mm×154 mm进行热冲压加工。该钢材的加工方式为连铸、连轧。
2014年在弹体生产中，检验员在冲孔工序、水浸探伤工序共计发现90发弹体存
在侧壁拉裂和底部裂纹疵病［2］，弹体疵病宏观形貌如图1所示。为准确找到裂
纹产生的原因，进行了原理分析和理化检测分析。
该弹体制造工艺流程如下:钢坯锯切下料（圆盘锯切割）→工频感应加热（1120～
1150℃）→压型→冲下盲孔→冲上盲孔→空冷→粗车→二次感应加热→热拉伸→
空冷→弹体退火（感应加热，780～810℃）→粗车（单边车削4 mm）→上部感
应加热→收口→热处理→探伤→精车→探伤。
图1 弹体疵病宏观形貌Fig.1 Macro morphology of projectile faults
1 原因分析
1.1 疵病数量统计
用于该弹体冲压生产的9260钢的炉号分别为2014-1和2014-2，共计下料602
发，90发壳体毛坯底部不同程度地出现了裂纹疵病，占总体的14.95%［3］。具
体疵病情况为:2014-1号炉，投料358发，疵病数量为53，占14.8%;2014-2号
炉投料244发，疵病数量为37，占15.16%。
1.2 疵病产生原因分析
1）冲压加工过程中监控的感应加热温度不满足工艺要求、冲压用压型工装尺寸超
差或者操作过程中不符合工艺要求，也可能是产生该疵病的原因之一。
2）原材料本身存在缺陷，在后续加工过程中容易产生裂纹，也可能是产生该疵病
的原因之一。
2 裂纹产生原因检查和分析
对冲压过程中感应加热记录及工装尺寸进行了检查，结果均符合工艺要求。
2.1 毛坯底部裂纹
通过实物观察，结合钢厂生产流程及我厂加工工艺，经分析认为:该毛坯属于钢坯
浇铸帽口残余部位，内部组织缺陷较重，钢坯锯切时，帽口残余部位没有完全清除，
一般情况下，浇铸时缩孔缺陷常伴有偏析、低熔点夹杂、疏松等缺陷［4］。该毛
坯缺陷组织位于钢坯上部或者说非常接近冲头底部（非变形区），在冲孔过程中受
高温高压的润滑气体冲击，毛坯底部缺陷熔化或者撕裂而形成孔洞（如图2所
示）。冲压过程中，一般情况下轻微的缺陷组织会得到有效改善［5］。
图2 底部缩孔形成示意图Fig.2 Schematic diagram of the formation of
bottom shrinkage hole
2.2 内膛侧壁拉裂
第1炉1发弹体内膛侧壁拉裂，具体形态见图3。由于钢锭的凝固过程是自外向
内的，因而其内部铸造组织自心部向外越来越致密［6］，疵病区会存在于钢锭中
心部位（越靠近中心越严重），同时，钢锭的内部收缩是自下而上的，即越接近帽
口端致密性越差［7］。
图3 侧壁拉裂形成原理示意Fig.3 Schematic diagram of the formation
principle of side wall crack
弹体的变形过程顺序为镦粗、反挤、拔伸，在镦粗工序钢坯受到自外向内的挤压力，
变形程度大［8］，有缺陷组织在这一工序会得到最大程度的改善，使毛坯组织致
密;在反挤变形过程中，随着冲头的压入，钢坯心部组织会在冲头下行过程随着金
属流动至冲头表面［9］，若钢坯心部存在缺陷同时也会在反挤压过程中被带动至
冲头表面［10］;拔伸加工过程弹体毛坯所有组织受拉应力，若此时基体存在有缺
陷的组织，会因承受不住巨大的拉应力而开裂，形成内膛侧壁的拉裂［11］。
2.3 理化检测
2.3.1 金相取样
将1发裂纹较严重弹体进行解剖试验，采用带锯机将弹体解剖后，发现在弹体发
动机底部有宏观微孔聚集型裂纹存在［12］，见图4。采用车床对弹体底部进行
切削试验，结果见图5。将解剖后弹体底部进行锯切取样［13］，经抛光后，裂
纹见图6，深度约为7 mm。
图4 解剖后弹体底部裂纹Fig.4 Projectile bottom crack after dissection
图5 切削后弹体底部裂纹Fig.5 Projectile bottom crack after cutting
2.3.2 金相分析
在光学显微镜下，对弹底有裂纹的部位和异常部位进行观察并照相［14］，图7a，
b为200倍光学显微镜下照片，图7c为500倍光学显微镜下照片，图7d为
1000倍光学显微镜下的照片［15］。通过显微照片观察，发现弹底裂纹处有夹杂、
偏析、缩孔、沿晶低熔点物质等原材料缺陷存在。
图6 抛光后试样裂纹Fig.6 Crack in specimen after polishing
图7 横向裂纹照片Fig.7 Photos of transverse cracks
3 结论
通过对某弹弹体毛坯成形原理分析和裂纹疵病料理化检测分析，准确找到了裂纹疵
病产生的原因。用于生产该弹体的9260钢存在缩孔残余类缺陷和沿晶低熔点物质，
是造成弹体底部裂纹和侧壁拉裂疵病的根本原因［1—16］。
参考文献:
【相关文献】
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Netshape Forming Engineering，20019，1（2）:65—67.
［3］李亮，王平，陈爱华.汽车起动机减速轴冷挤压数值模拟分析［J］.机械设计与制造，2010，
（12）:210—212.
LI Liang，WANG Ping，CHEN cal Simulation Analysis of Cold Extrusion for
Speed-reducer Shaft of Auto's Starter［J］.Machinery Design ＆ Manufacture，2010，
（12）:210—212.
［4］WADESH Kumar Singh，AMRIT Dixit，RAVI Kumar zation of the Design
Parameters of Modified Die in Hydro-Mechanical Deep Drawing Using LS-DYNA
［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2008:32—37.
［5］方泉水，辛选荣，刘汀，等.直齿圆柱齿轮浮动凹模冷闭式镦挤成形数值模拟分析［J］.锻压
技术，2007，32（2）:1—2.
FANG Quan-shui，XIN Xuan-rong，LIU Ting，Et Numerical Simulation Analysis for
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Stamping Technology，2007，32（2）:1—2.
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2012，4（3）:67—70.
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High Hub Gear Blank［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，2012，（3）:67—
70.
［7］CHITKARA N Net Shape Gorging of Spur Gear Forms:an Analysis and Some
Experiments［J］.International Journal of Mechanical Sciences，1996，（8）:891—91.
［8］WALTERS J，WU W T，ARVIND Development of Process Simulation for
Industrial Application［J］.Materials Processing Technology，2000:205—211.
［9］李伟，刘庆锁，陆翠敏等.自行车多飞飞轮轮芯冷挤压模具失效分析［J］.热加工工艺，2011，
40（6）:190—192.
LI Wei，LIU Qing-suo，LU e Analysis of Cold Extruding Die for Molding of
Bicycle Multi-flywheel［J］.Hot Working Technology，2011，40（6）:190—192.
［10］曹国洲，王谦，张建波.Cr12钢模具加工失效分析［J］.热加工工艺，2009，38
（10）:181—182.
CAO Guo-zhou，WANG Qian，ZHANG e A-nalysis of Mould Processing of
Cr12 Steel［J］.Hot Working Technology，2009，38（10）:181—182.
［11］孙永刚.基于有限元方法的大型曲轴镦锻模具损伤分析［J］.热加工工艺，2012（7）:72—
74.
SUN Yong-gang，Damnification Analysis of Upset Forging Heavy Crankshafts Based on
FEA［J］.Hot Working Technology，2012（7）:72—74.
［12］赵春雨，孟宪举，李军.齿轮坯模锻成形过程的数值模拟及优化［J］.精密成形工程，2010，
2（6）:24—28.
ZHAO Chun-yu，MENG Xian-ju，LI Blank Forging Forming Process Simulation
and Optimization［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，2010，2（6）:24—28.
［13］CHOI J，CHO H Y，JO C Upper-bound Analysis for the Forging of Spur Gears
［J］.Journal of Materials Procession Technology，2000（8）:67—73.
［14］HECHT-NIELSEN of the Back Propagation of Neural Network
［A］.Sheraton Washington Hotel，1989:593—605.
［15］于文生，聂兰启，汪发春.带凸缘薄壁喇叭形零件的整形［J］.精密成形工程，2010，2
（3）:76—77.
YU Wen-sheng，NIE Lan-qi，WANG of the Thin-walled Horn Part with
Flange［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，2010，2（3）:76—77.
［16］张志明，黄少东，刘川林，等.弹体成形工艺数字化设计系统的开发与实践［J］.精密成形工
程，2010，2（6）:55—59.
ZHANG Zhi-ming，HUANG Shao-dong，LIU Chuan-lin，et pment and Practice
of Digital Design of Shell Body Forming［J］.Journal of Netshape Forming Engineering，
2010，2（6）:55—59.