CC BY
7
8. Мержанов А.Г., Боровинская И.П.: Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорганических соединений. Доклады АН СССР 1972. ^м 204, № 2. - С.366-369.
Karakich Egor Andreevich, Post-Graduate
Samboruk Anatoly Romanovich, Professor, Doctor of Technical Sciences Samara State Technical University, Samara, Russia
DEVELOPMENT OF A MATHEMATICAL MODEL OF THE DEPENDENCE OF COMBUSTION OF THE COPPER THERMITE MIXTURE ON THE BRAND OF ALUMINUM POWDER
Abstract: In this paper, the dependences of the combustion process of a copper thermite mixture on the dispersion of aluminum powder are considered. A set offactors influencing the combustion process of the thermite mixture is presented and a mathematical model of the dependence of the rate and quality of combustion on the size of the aluminum part of the mixture was compiled.
Keywords: Thermite copper welding, SHS welding, powder metallurgy, aluminium powder.
УДК 669-1
DOI 10.47581/2022/SMTT-6/KOLOTILIN.01 АНАЛИЗ ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛА УГОЛЬНИКА ПИРОКЛАПАНА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Колотилин Виктор Валерьевич, магистрант (e-mail: vitya.kolotilin@mail.ru) Якубович Ефим Абрамович, к.т.н, доцент (e-mail: eyakubovich@mail.ru) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
В данной статье рассмотрено устройство и функции пироклапана двигателя самолета. Приведен анализ основных причин разрушения металла угольника - соединительной детали пироклапана.
Ключевые слова: двигатель самолета, пироклапан, соединительная деталь, химический состав, микроструктура, разрушение, трещина, поверхность излома
Основное назначение двигателей летательных аппаратов - создание тяги, обеспечивающей требуемый режим полета. Двигатели могут быть использованы на летательных аппаратах и для управления полетом по заданной программе, стабилизации на расчетной траектории [1].
В конструкциях самолетов в настоящее время широкое применение нашли жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). Среди прикладных проблем конструирования и проектирования основных узлов и систем ЖРД важное место занимают задачи установления связи показателей надежности и безаварийной работы с условиями эксплуатации, обоснованностью выбора материала деталей, к кругу которых относятся вопросы, подробно рассмотренные в [2-5]. Спектр применимости полученных научных результа-
тов и конструкторско-технологических решений достаточно широк и их совокупность можно охарактеризовать как существенное развитие теоретических положений и прикладных рекомендаций для созданий эффективных конструкций элементов ЖРД. Важнейшая особенность ЖРД как сложной системы — тесная взаимосвязь элементов в процессе функционирования, а следовательно, взаимозависимость их отказов. Соответственно самостоятельный интерес представляет экспертная оценка условий и характера эксплуатационного разрушения отдельных деталей и элементов ЖРД.
Одной из основных деталей данного вида двигателя является пирокла-пан (рисунок 1). Он необходим для обеспечения полной герметичности при длительном воздействии рабочего тела со стороны входа пироклапана и уменьшения остаточного расхода окислителя при выключении двигателя путем продувки.
Рисунок 1 - Общий вид пироклапана двигателя самолета
Пироклапан представляет из себя сложный технический объект, который в процессе эксплуатации испытывает интенсивное температурно-силовое воздействие, что может привести к выходу его из строя, снижению надежности и отказу в работе двигателя.
/
Рисунок 2 - Схематическое изображение пироклапана 1- угольник, 2- корпус, 3 - поршень, 4 - кольцо уплотнительное, 5 -кольцо, 6 - гайка накидная, 7 - направляющая, 8 - шток, 9 - клапан
На всех этапах эксплуатации ЖРД подвергается воздействию значительных вибрационных нагрузок, что может приводить к разрушению различных узлов и агрегатов. Отмеченное порождает пульсационные и вибрационные процессы, воздействующие на конструктивные элементы пирок-лапана. Соединительные детали (рисунок 2) пироклапана, такие как гайки и угольники, чаще всего подвергаются износу в процессе эксплуатации. Именно поэтому, во избежание разрушения данных деталей их материал должен соответствовать характеристикам, предъявляемым требованиями нормативной документации.
Среди сборочных единиц, входящих в состав конструкции, важное место занимает угольник, обеспечивающий соединение пироклапана с магистралью подачи рабочего тела со стороны входа пироклапана. Отказы ЖРД происходят, в основном, в системах подачи компонентов топлива. Для выявления причин разрушения угольника в процессе эксплуатации были проведены следующие мероприятия:
1. Визуальный анализ поверхности детали,
2. Анализ излома в месте разрушения детали,
3. Оценка микроструктуры металла.
Внешний вид угольника представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 - Внешний вид угольника
При визуальном осмотре в теле угольника обнаружена сквозная трещина. Разрушение произошло по гладкой боковой поверхности от внутренней резьбы по внешней поверхности размера 32 мм. Трещина проходит по всей наружной поверхности с выходом во внутреннюю полость детали.
На детали имеется гладкое покрытие серого цвета - анодированный слой. В настоящее время наиболее эффективным решением защиты от коррозии деталей из легких сплавов является формирование на поверхности неметаллического электрохимического покрытия, которое существенно снижает риск возникновения коррозии. Покрытие получают за счет анодного окисления металла в электролите. В отечественной авиационной промышленности наиболее распространенным методом нанесения электрохимических покрытий является плазменное электролитическое оксидирование [6].
Для выявления причины разрушения детали, была проведена оценка излома в зоне разрушения (рисунок 4). Для данного исследования было проведено раскрытие трещины.
Направление развития
Рисунок 4 - Вид излома в зоне разрушения детали
Установлено, что поверхность в зоне излома однородная, слоистого строения. Тонкая часть излома, расположенная вдоль отверстия, имеет более темную, окисленную поверхность. Остальная часть излома характеризуется светлой поверхностью.
Можно сделать вывод, что разрушение носит статический характер. Дефектов металлургического характера на поверхности излома не обнаружено.
Химический состав материала оценивался химическим и спектральными методами (таблица 1). По результатам полученных данных марка материала соответствует сплаву АК8 Т1 ПП по ГОСТ 4784-2019 [7].
Анализ микроструктуры проводился с помощью оптической микроскопии на шлифе, изготовленном из металла в зоне, находящейся вблизи трещины. Для выявления микроструктуры проводилось травление металла в 10%-ом водном растворе КаОИ. Микроструктура соответствует характерному закаленному и искусственно состаренному состоянию сплава АК8 Т1 ПП (рисунок 5). Внутри и по границам зерен располагаются включения упрочняющих фаз СиА12 и М^2
Таблица 1 - Химический состав материала угольника
Содержание химических элементов, %
Угольник А1 Бе Си Мп Mg Сг 7п И
ост. 1,03 0,35 4,22 0,77 0,45 0,02 0,057 0,062
ГОСТ 4784-97 0,501,20 3,905,00 0,401,00 0,200,80
для сплава АК8 ост. <0,70 <0,10 <0,25 <0,15
Рисунок 5 - Микроструктура металла объекта исследования (х100)
По результатам анализа причин разрушения металла угольника можно сделать следующие выводы:
1. Разрушение угольника пироклапана двигателя самолета не связано с металлургическим качеством исследуемого материала, дефекты металлургического происхождения отсутствуют.
2. Химический состав и микроструктура металла угольника пироклапана соответствуют требованиям нормативно - технической документации.
3. Разрушение металла угольника носит статический характер и вызвано наличием участков пониженной прочности. Сквозная трещина появилась в процессе эксплуатации исследуемой соединительной детали.
Список литературы
1. Киселев Д. Ю. Основы теории технической эксплуатации летательных аппаратов: учеб. пособие / Д.Ю. Киселев, И.М. Макаровский. - Самара: Изд-во Самарского университета, 2017. - 96 с.
2. Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1968. - 368 с.
3. Борисов В. А. Конструирование основных узлов и систем ракетных двигателей : учеб. пособие / В. А. Борисов, А. М. Жижкин, В. С. Мелентьев. - Самара: СГАУ, 2011. - 42 с.
4. Гуртовой А.А. Расчет и конструирование агрегатов ЖРД: учеб. пособие [Электронный ресурс]. / А.А. Гуртовой и др. - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. - Загл. с экрана.
5. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей: учебник для вузов / под общей ред. Г.Г. Гахуна. - М.: Машиностроение, 1989. - 424 с.
6. Пат. 2547983 РФ, МПК C 25 D 11/06. Способ получения покрытия на алюминиевых сплавах / Каблов Е.Н. и др.; заявитель и патентообл. ФГУП «ВИАМ». - № 2014114615/02; заявл. 14.04.14; опубл. 10.04.15, Бюл. № 10.
7. ГОСТ 4784 - 2019. Алюминий и сплавы алюминия деформируемые. Марки. - M.: Стандартинформ, 2019. - 31 с.
Kolotilin Viktor Valerievich, master student (e-mail: vitya.kolotilin@mail.ru)
Yakubovich Efim Abramovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
(e-mail: eyakubovich@mail.ru)
Samara State Technical University, Samara, Russia
ANALYSIS OF THE CAUSES OF THE METAL DEVELOPMENT OF THE PIR VALVE ELBOW IN THE PROCESS OF OPERATION
Abstract: This article discusses the device and functions of the aircraft engine pyro valve. An analysis of the main causes of the destruction of the metal of the square - the connecting part of the pyro valve is given.
Key words: aircraft engine, pyro valve, connecting part, chemical composition, microstructure, destruction, crack, fracture surface
DOI 10.47581/2022/SMTT-6/Saranin.01 ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮМИНИДОВ В ТОНКИХ СЛОЯХ ДИФФУЗИОННОЙ ЗОНЫ И ЗОНЫ РЕАКЦИИ Саранин Леонид Геннадьевич, аспирант (e-mail: saranin53@mail.ru) Тульский государственный университет, г.Тула, Россия
Показана характеристика исследования современного метода измерения нанотвердости на тонких слоях интерметаллидных соединений алю-минидов. Акцентирована важность значения микротвердости в диффузионной зоне (ДЗ) и зоне реакции (ЗР) бинарных систем в том, что она напрямую коррелирует с прочностными свойствами интерметаллидных соединений алюминидов.
Ключевые слова: микротвердость, измерение в тонких слоях, современный метод исследования нанотвердости, корелляция микротвердости и механических свойств.
Введение. Знание микротвердости позволяет определять растворимость некоторых элементов в твердом состоянии сплава и показатели твердости составляющих фаз. Способ определения нанотвердости на тонких слоях достаточно успешно использовался для того, чтобы оценить дендритную разобщенность некоторых элементов в сплавах, установления вторых фаз и для установления гомогенности образца. Для исследования процессов диффузии в диффузионных парах [1, 2] так же использовался этот метод. При проведении исследований его использовали как меру прочностных свойств интерметаллидных слоев.
Материалы и методика проведения исследований. Для измерения микротвердости использовали два прибора: твердомер ПМТ-3 с ручным управлением (рис. 1, а) и DuraScan G5 с автоматическим управлением (рис. 1, б). Работа инструментов связана с выдавливанием алмазной пирамиды в состав под воздействием нагрузки. Вычисление производится по формуле:
H=P/S, (1)
где Н - число твердости; Р - нагрузка; S - площадь отпечатка.
Благодаря автоматизации процессов нагружения [3], способу прицеливания и современному методу оптического контроля прибор DuraScan G 5
