ИССЛЕДОВАНИЕ КАРБОНОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ВЗРЫВНОЙ ДЕКОМПРЕССИИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 620.1: 621.81

ИССЛЕДОВАНИЕ КАРБОНОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ВЗРЫВНОЙ ДЕКОМПРЕССИИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

А. А. Ашейчик, Д. К. Зорин, Л. С. Полищук

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Российская Федерация, 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29

E-mail: aseichik52@mail.ru

Приведены результаты экспериментальных исследований карбонов, использующихся в аэрокосмической промышленности, на устойчивость к взрывной декомпрессии и износостойкость. Представлены конструкции стендов и методики для испытаний композиционных полимерных материалов на устойчивость к взрывной декомпрессии и износостойкость.

Ключевые слова: карбон, взрывная декомпрессия, испытания, коэффициент трения, износостойкость.

RESEARCH OF CARBONS FOR RESISTANCE TO EXPLOSIVE DECOMPRESSION

AND WEAR RESISTANCE

A. A. Ashejchik, D. K. Zorin, L. S. Polischuk

Peter the Great St.-Petersburg Polytechnical University 29, Polytechnicheskaya Str., St.-Petersburg, 195251, Russian Federation E-mail: aseichik52@mail.ru

The results of experimental studies of carbonates used in the aerospace industry for resistance to explosive decompression and wear resistance are presented. Stand designs and methods for testing composite polymer materials for resistance to explosive decompression and wear resistance are presented.

Keywords: carbone, explosive decompression, tests, friction coefficient, wear resistance.

В настоящее время в узлах ракетно-космической техники широко применяются карбоны, которые обладают высокой прочностью, жесткостью, малым удельным весом, повышенной химической стойкостью и высоким модулем упругости [1]. Кроме вышеперечисленных свойств карбоны, используемые при изготовлении шаровых кранов, клапанов или задвижек с большим условным проходом, применяющихся в аэрокосмической промышленности, должны обладать устойчивостью к взрывной декомпрессии и высокой износостойкостью.

Целью работы являлось экспериментальное исследование на устойчивость к взрывной декомпрессии двух карбонов марок «V0» и «VV» и определение характеристик их износостойкости.

Для исследования исследование карбонов на устойчивость к взрывной декомпрессии использовался специальный стенд для испытаний композиционных полимерных материалов и резин на устойчивость к взрывной декомпрессии при температурах до 220 °С и давлении газа до 150 атм, конструкция которого описана в работах [2; 3]. Для испытаний карбонов в высотемпературную камеру стенда помещалась кассета с четырьмя образцами карбона (рис. 1). Исследования проводились при двух температурах +20 °С и +150 °С. При испытания давление со 150 атм сбрасывалось до атмосферного за 0,08 - 0,1 с. Все параметры методики испытаний карбонов на устойчивость к взрывной декомпрессии приведены в табл.1. Диаметры образцов до и после испытаний измерялись электронным микрометром с точностью измерения до 0,001 мм.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1

Рис. 1. Внешний вид камеры для испытаний карбонов на взрывную декомпрессию

Таблица 1

Параметры методики испытаний карбонов на устойчивость к взрывной декомпрессии

Параметр Рекомендуемые значения

Давление 140 - 150 атм

Температура +20°С и +150°С

Состав газа М2(90%)/С02(5%)/Ие(5%) или М2(100%)

Время декомпрессии 150 - 0 атм < 0,1с

Время насыщения газом 120 - 240 ч

Число сбросов давления 1

Проведенные экспериментальные исследования карбонов «У0» и «УУ» показали, что оба карбона устойчивы к взрывной декомпрессии: на поверхности образцов после декомпрессии не наблюдалось никаких дефектов и размеры всех образцов остались абсолютно без изменений.

Для исследования износостойкости карбонов использовался стенд для испытаний материалов на трение и износ при возвратно-поступательном движении, конструкция которого описана в работах [4-7]. При проведении испытаний в нижний, подвижный держатель устанавливались два одинаковых цилиндрических образца диаметром 9 мм и длиной 150 мм, изготовленных из карбонов марок «У0» и «УУ» (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид образцов стали и карбона после испытаний

Скорость скольжения составляла 0,08 м/с. Испытания на износ проводились при нормальной нагрузке на верхний, неподвижный стальной образец 2,6 Н и числе двойных циклов 17000 при трении без смазочного материала, а также при смазывании маслом. После проведения испытаний

на износ измерялись ширина площадки износа и рассчитывалась высота изношенного слоя. Ширина площадки износа измерялась в трех точках на каждом образце на микроскопе с 16 кратным увеличением с точностью 0,01 мм. При такой точности измерения ширины площадки контакта и диаметре образцов 9 мм точность определения высоты изношенного слоя составляет около 1 мкм. В табл. 2 приведены средние значения измерений и вычислений износа, проведенные для карбонов «У0» и «УУ» в трех точках каждого из двух образцов.

Таблица 2

Результаты измерений и вычислений износа для карбонов <<У0» и «УУ»

Марка карбона Смазочный материал Ширина площадки износа, мм Высота изношенного слоя, мм

У0 Без смазочного материала 1,31 0,046

У0 Гидравлическое масло 0,54 0,010

УУ Без смазочного материала 0,65 0,012

УУ Гидравлическое масло 0,31 0,003

Из анализа результатов измерений износа, приведенных в табл.2, следует, что карбон «УУ» имеет при трении без смазочного материала и при смазывании маслом износ в 4 раза более низкий, чем карбон «У0».

Таким образом, по результатам исследования двух карбонов на устойчивость к взрывной декомпрессии и износостойкость следует, что лучшим является карбон марки «УУ» и его следует рекомендовать для изготовления узлов ракетно-космической техники.

Библиографические ссылки

1. Чулкин С.Г., Ашейчик А. А., Селин С.Н. Применение подшипников из углепластиков в судостроении, турбиностроении, горнодобывающей технике // Современное машиностроение. Наука и образование. 2012. № 2. С. 805-816.

2. Ашейчик А. А. О методике испытаний эластомеров на устойчивость к взрывной декомпрессии // Фундаментальные исследования в технических университетах: тезисы докл. XI Всероссийской конф. СПб, 2007. С. 247-248.

3. Ашейчик А. А., Полонский В. Л. Определение энергии активации эластомеров экспериментально-теоретическим методом // Современное машиностроение. Наука и образование. 2014. № 4. С. 283-291.

4. Ашейчик А. А. Стенд для исследования трибологических свойств материалов // Фундаментальные исследования в технических университетах: тезисы докл. XIV Всероссийской конф. СПб, 2010. Т. 1. С. 139-140.

5. Ашейчик А.А., Самсоненко А.А. Исследование тяговой способности толкателей с резиновыми подушками для нефтяного оборудования // Современное машиностроение. Наука и образование. 2018. № 7. С. 245-255.

6. Ашейчик А. А. Детали машин и основы конструирования. Справочные материалы по проектированию : учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. 111 с.

7. Жуков В. А., Ашейчик А. А. Механика. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2004. 70 с.

© Ашейчик А. А., Зорин Д. К., Полищук Л. С., 2019