CC BY
4
УДК 624.454.008.6.004.12
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КАМЕРЫ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ, ИЗГОТОВЛЕННОЙ МЕТОДОМ 3D-ПЕЧАТИ НА ЛАЗЕРНОМ ПРИНТЕРЕ
Е. Е. Жигурова, К. Е. Мумбер, Р. А. Казаков, И. А. Фесенко, А. А. Фоменко Научный руководитель - В. П. Назаров
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Представлены результаты исследования качества, структуры, а также механические свойства материала, применяемого для изготовления ракетного двигателя методом лазерного сплавления.
Ключевые слова: аддитивные технологии, механические свойства, металлографический анализ.
QUALITY CONTROL OF A LOW-THRUST ROCKET ENGINE CHAMBER MADE BY 3D-PRINTING ON A LASER PRINTER
E. E. Zhigurova, K. E. Mumber, R. A. Kazakov, I. A. Fesenko, A. A Fomenko Scientific supervisor - V. P. Nazarov
ReshetnevSiberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
The results of the study of the quality, structure, and mechanical properties of the material used for the manufacture of a rocket engine by laser melting are presented.
Keywords:additive manufacturing, mechanical property, metallurgical analysi.
В настоящее время происходит активное развитие аддитивных технологий. Эти технологии изменили традиционные этапы проектирования, конструирования и производство деталей и узлов, превратив их в процессы непрерывного создания изделий сложной формы. Модели создаются посредством наслаивания вещества, и при минимальной толщине слоя они очень близки к своему прототипу. Обычно толщина слоев в аддитивном производстве ~ 0,05 мм, и этого оказывается достаточно для обширного практического применения прототипов в авиастроении и ракетостроении [1]. Использование аддитивных технологий - один из примеров того, как новые разработки и оборудование могут существенно улучшать традиционное производство [2].
Для изделий, использующихся в ракетостроение, разрабатываются и изготавливаются опытные образцы из модельного материала. В данной работе рассматриваются вопросы контроля качества камеры-демонстратора ракетного двигателя малой тяги, напечатанная при помощи аддитивных технологий из порошка на основе алюминия AlSi10Mg марок АСП по ТУ 1791-011-49421776-2017.
Одним из проведенных испытаний, является изучение химического состава модельного материала. Определение химического состава материала проводилось на рентгенфлуоресцентном анализаторе X-MET 8000 на образцах, отпечатанных одновременно
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
с печатью камеры. Оборудование для испытаний имеет сертификаты годности и аттестованы для применения на предприятии ракетно-космической отросли.
Содержание легирующих элементов материала (в %) представлено в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав сплава, %
А1 81 м8 Fe
92,37-90,99 7,04-8,01 0,57-0,84 0,12
Результаты химического анализа соответствуют составу материала, заявленному заводом-изготовителем.
Для изучения качества структуры материала был проведён металлографический анализ на микроскопе №сопЕСЫР8ЕМА200, в ходе которого было выявлено присутствие в материале окисных плён протяженностью до 0,06-0,35 мм и участков с микропористостью до 0 0,004 мм (Рис.1).
Л.
а. б.
Рис.1. Наличие дефектов структуры материала а. присутствие окисных плен б. Участки с микропористостью
Для проверки механических характеристик проводились испытания материала камеры-демонстратора на растяжение и определение твердости по методу Виккерса [3]. В результате исследований были полученыдиаграммы напряжений, значение твердости материала, модуль упругости, предел прочности и предел текучести. Результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты испытаний
Наименова ние детали № образца Предел текучести (о02), Н/мм2 Предел прочности (ов), Н/мм2 Относительн ое удлинение (о,), % Твердость, НВ5/250 Модуль упругости, МПа^104
Образцы алюминиев ого сплава С термообработкой 133 242 10,0 72 1,17
С термообработкой 145 251 10,2 72 1,05
Без термообработки 249 375 7,6* 107 0,92
Без термообработки 240 376 7,8* 107 1,20
*образцы разрушились по кернам
Определение шероховатости поверхности камеры демонстратора в симметричных местах. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3
Определение шероховатости поверхности_
Участок Шероховатость, мкм
1 Ra=17,18
2 Ra=22,32
3 Ra=15,12
4 Ra= 12,24
5 Ra=18,71
6 Ra=15,62
В результате проведенных исследований установлено, что параметры и характеристики материала камеры-демонстратора, изготовленной методом SD-печати из модельного материала Силумин РС-300 отличаются от справочных показателей, характерных для изделий, изготовленных из данного материала традиционными методами (штамповка, литье, механическая обработка). Следовательно, необходимо продолжать экспериментальную отработку технологии SD-печати путем выбора оптимальных параметров процесса лазерного сплавления, скорости печати, режимов термообработки и т.д.
Библиографические ссылки
1. Преображенская, Е. В. Технологии, материалы и оборудование аддитивных производств : учебное пособие / Е. В. Преображенская, Т. Н. Боровик, Н. С. Баранова. — Москва : РТУ МИРЭА, 2021 — Часть 1 — 2021. — 173 с. — ISBN 978-5-7339-1397-1. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/182474 (дата обращения: 30.03.2022). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
2. Кулик, В. И. Аддитивные технологии в производстве изделий авиационной и ракетно-космической техники : учебное пособие / В. И. Кулик, А. С. Нилов. — Санкт-Петербург : БГТУ "Военмех" им. Д.Ф. Устинова, 2018. — 160 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/122070 (дата обращения: 30.03.2022). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
3. ГОСТ РИСО 6507-1—2007Металлы и сплавы. Определение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения. Москва : ФГУП «СТАНДАРТИМФОРМ», 2007. - 16 с.
© Жигурова Е. Е., Мумбер К. Е., Казаков Р. А., Фесенко И. А., Фоменко А. А., 2022
