炮弹壳的韧化处理

炮弹壳的韧化处理陆达1940年秋，刘鼎同志根据朱总司令、彭副总司令的指示，要求八路军总司令部军工部（以下简称军工部）研制五○小炮，并解决炮弹的生产问题。生产炮弹，先要将生铁铸成弹壳，生铁弹壳还要经车床加工．车弹口、弹带和尾部，不仅要求车光和尺寸精确，弹口和尾部还要挑出丝扣，以便安引信和弹尾。这样的弹壳按常规要用灰口生铁铸造，但敌后太行山根据地的条件不可能生产灰口生铁。摆在我们面前的任务，就是要找出一条不用灰口生铁制成可以车削加工的生铁弹壳的道路，那就是充分利用太行山根据地客观可能提供的物质条件和各种积极因素，研制出满足生产炮弹需要的生铁弹壳。太行山有利因素是有煤和铁矿资源，当地人民还具有流传了二千多年的炼铁技术传统，武乡县柳沟村在抗战前就用方炉生产白口生铁，铸成铁锅、铁壶、犁铧等供农民生产和生活之需。战争爆发后，八路军总部军工部在柳沟成立了铁厂，用白口生铁铸成手榴弹和地雷壳。白口生铁的特点是它的性质非常硬和脆，用它铸成的炮弹壳是不能车削加工的。那么问题就是如何能把白口生铁铸成的炮弹壳转变成具有韧性可车削加工的铸铁弹壳。刘鼎同志说明任务和要求后，我根据自己在德国学习和实习的经验，提出现在钢铁技术中有一种铁韧化处理的工艺方法。这种工艺方法是为了解决某些生铁铸造的机器部件要求具有较高韧性和强度的需要而采用的。我们为了把土法炼的白口生铁铸成炮弹，应当找出一个韧化处理的办法。刘鼎同志派我去柳沟铁厂研究这个问题。厂长高原同志召集干部、技术工人讨论。我把导致白口生铁性质脆和硬的原因作了分析：由于白口生铁含的碳（近3%~4%）与铁化合成碳化铁（Fe3C），而碳化铁是一种非常脆和硬的白色结晶，从而导致白口生铁脆硬。只有将白口生铁的碳化铁化合物设法分解，才能消除它的又脆又硬的性能。韧化处理就是将白口生铁铸件装在加热炉内，缓慢加热到950℃左右，并长时间保温，促使碳化铁分解，随之生铁提高了韧性。韧化处理有两种方法：一种是德国式的白心韧化处理；另一种是美国式的黑心韧化处理。两者都是要达到分解碳化铁的目的，但办法不同。白心韧化处理是将白口生铁铸件埋在矿石中，经长时间高温处理，矿石中的氧逐渐渗入铸铁同碳化铁反应，使其分解生成氧化碳再渗出铸件，达到韧化的目的。黑心韧化处理是将白口生铁铸件，在中性气氛下于950℃高温长时间保温，使碳化铁分解，析出的碳成为中性碳，铁则转变成具有一定韧性和强度的可机械加工的铁素铁。讨论后，当即由孙兆喜等同志修了火焰反射加热炉，将炮弹壳装在反射炉炉床内并用砂土覆盖，经三四天加热，温度逐步提高，约达1000℃左右后，将炉子严密封闭，再经三四天冷却，结果铸件变软可以切削加工了。这种韧化处理技术通俗地称为焖火。1941年起就采取这种焖火工艺生产各种炮弹弹壳。1940年底军工部奉左权副参谋长指示，在和顺县青城镇筹建第二炮弹生产基地，军工部即派杜吉祥和我，又从柳沟调来包括孙兆喜等七八名技术工人到青城炼铁和铸造炮弹壳。据统计，从1941年4月开始生产五○型炮弹后，1941年生产了4万枚；1943年6月到9月共生产2l199枚；1943年生产了48883枚。这是我军在敌后根据地采用土法炼的白口生铁，经过韧化处理（焖火）第—次生产出来的五○炮弹和八二迫击炮炮弹。这是白口生铁经焖火处理生产炮弹壳的第一阶段，其主要成绩是初步解决了炮弹的有无问题，供应了部队的作战需要。但这个阶段生产的炮弹，在质量和性能上还存在不少问题。如炮弹壳有的壁厚不均，形状不规则，焖火后仍太硬，难加工；有的焖火过度，甚至发酥；并由于软硬不均，影响加工精度；还有经焖火后体积膨胀、尺寸不准；弹壳表面氧化脱皮等缺陷。因此这时期铸件烟火成品率比较低，仅达50%左右，有时废品竟达60%~70%，严重地影响炮弹的生产。1944年6月，军工部召开生产会议，讨论提高产品质量等问题，以达到更经济的、大批量的生产炮弹。同年7月18日，刘鹏同志派我和陈海清、高秀春、包瑞之、卢德金、关得胜、李福远、李瑞芝、孙兆喜等十余人，去柳沟组织恢复生产并开展科学试验，提高铸造和焖火技术。经过一个多月的科学试验，突破了一系列的技术难关。我亲自用两个骡子把改进后第一炉焖火的小炮弹驮送到苏公炮弹加工厂。经刘宣威、杨鸿章等同志试车加工，他们兴奋地称赞焖火工艺的成功。科学试验的成功，标志着用土法冶炼的白口生铁铸件经过韧化处理，使炮弹生产技术进入了一个新的阶段。主要表现在：一是质量显著提高，完全符合当时作战的需要；二是提高了加工性能，使炮弹产量大幅度增加。迅速取得成功的原因，主要是吸取了从1941年到1943年大量生产中的经验教训，对所暴露出的实际问题进行了认真分析研究。科学试验方案从三点出发：1）充分利用和发挥太行山柳沟的物质条件和工人们的技术经验；2）总结了三年来翻砂和焖火处理的经验，针对暴露出来的技术问题，找出症结所在；3）应用现代钢铁冶金关于白口生铁韧化处理的原理，具体研究白口生铁韧化处理的工艺方案。我从德国带到延安一批冶金工程书籍，1939年调赴太行山时，为轻装行军，随身只带了两本，其中一本是《钢铁材料手册》。我认真查阅了有关文献。文献中介绍了白口生铁铸件经韧化处理后，可用做汽车发动机气缸等高级产品，但对白口生铁的化学成分有严格要求，根据不同的原料和用途，韧化处理有严格的科学技术处理规范。而柳构根据地没有科学仪器，白口生铁的化学成分无从了解，温度也无法测量。在这种条件下，我从韧化处理基本原理出发，拟定的试验方案着重抓了两个问题：（1）首先确定试验方案，按黑心韧化处理技术进行韧化处理：因为分析了第一阶段韧化处理（焖火）工艺，是将铸铁弹壳排列在火焰反射炉窑中，上覆砂土，长时间加热保温，火焰中含有氧气，随着温度提高和时间的延长，它不断渗入壳体，基本属于白心韧化处理。虽然也达到了部分韧化效果，但出现的严重问题是弹壳不同程度地产生了—层一层氧化铁皮，同时弹皮同砂土中的氧化硅熔结为硅酸氧化铁，形成坚硬的附着物；使质量受到严重影响。而德国采用的白心韧化处理．是将铸件埋放在经过处理的铁矿石中，要求氧化性不能太强。根据当时情况，时间紧迫，我们不可能过多地研究铁矿处理技术和控制氧化速度，因此决心采用美国的黑心韧化处理方案。（2）黑心韧化处理解决的几个关键技术：1）采用弹壳放在铁箱中韧化处理。首先将白口生铁铸成的炮弹壳装入铁箱，分别将小炮弹壳或八二炮弹壳排列在铸铁箱中，小炮弹壳每箱可装数十个，八二炮弹壳每箱可装十余个，底部和每层间填充耐火砖碎粒，弹壳内也充填耐火砖碎粒，以防弹壳在高温下变形，并避免形成硅酸粘结物。装完毕．铁箱口盖生铁板，接口处用粘土密封。为防止仍有火焰气体进入箱内，在箱盖下铺放一层废弹壳碎片，以吸收从箱口缝隙进入的火焰中的氧。采取以上措施，韧化处理后的弹壳，无脱皮现象，具有银灰色光泽。2）韧化处理的标准和检验方法的确定。黑心韧化处理的基本原理是将白口生铁所含碳化铁（Fe3C），在950℃左右高温下逐步分解，将碳析出成为中性碳粒，铁转化为具有韧性的铁素铁组织。在生产技术上还要研究解决制定一个标准，以便恰到好处地控制检测韧化工艺。经过试验，生铁水注入沙模铸出的弹壳，在体积尺寸上比制作沙模用的木样要缩小1%左右。弹壳经加热韧化后，体积又将膨胀。经过理论分析和实践试验，我们找出韧化处理后弹壳尺寸恢复原木样的体积尺寸，使弹壳的韧性、强度和加工性能能达到较好的匹配。我们按木样设计的图纸，制作了—个卡量样板，韧化处理的弹丸，经样板卡量．若小于样板，说明韧化性处理不充分，碳化铁分解不足，中性碳析出不够，弹壳必然太硬；相反体积大于样板，中性碳析出太多，影响弹壳强度，弹壳发酥。因此测量弹壳体积尺寸，是控制检测韧化处理程度的—个标准方法，使质量有了科学的检验保证。3）韧化处理是靠高温分解碳化铁而达到的。因此升温速度、温度高低、保温时间、冷却速度，都直接影响韧化铸件的质量。在缺乏测量仪器的情况下，我查阅德国《钢铁材料手册》，从理论上找出碳化铁的热裂解规律，用观测炉窑火焰色彩亮度的办法来判断温度。还将银元切成小块，放在炉窑不同部位，因为纯银的熔点为960℃，按照银元开始熔化时观测火焰亮度，训练了技术工人掌握火焰颜色判断炉温的技术，从而控制了白口生铁铸件韧化处理的温度。现代韧化处理还需要严格控制白口生铁的化学成分。由于我们没有成分化验手段，故不能控制生铁成分，甚至生产出的白口生铁含那些元素都不了解，由此白口生铁的韧化处理还是低水平的。但从整体看，我们所做的工作在当时当地条件下，还是比较科学的，系统地应用了各种技术，并逐步改进了韧化处理的技术，使白口生铁弹壳的钢性、强度和韧性获得最佳的配合。从而提高了炮弹的质量，增加了产量，为抗击日寇、打败国民党，提供了重要的物质基础．为我国的军工生产作出了贡献。