Определение физико-механических характеристик образцов сплавов на основе ниобия и нихрома для тепловой защиты многоразовых космических аппаратов

G.A. Frolov, V.P. Solntsev, Yu.I. Evdokimenko, V.M. Kissel, S.V. Buchakov, N.P. Brodnikovskiy, Yu.F. Lugovskoy, D.V. Lutsyuk, T.A. Solntseva, V.S. Tsyganenko

Анотація


В данной работе проведены исследования характеристик сплавов на основе ниобия и нихрома при рабочих температурах на поверхностях, предназначенных для тепловой защиты конструкции многоразового космического аппарата (МКА). Проведены ресурсные испытания образца ниобиевого сплава при конвективном нагреве. Испытания проводились на универсальном термоструйном газодинамическом стенде (УТС) в сверхзвуковой струе продуктов сгорания топливной пары «керосин-воздух». Для термоэрозионных испытаний был представлен образец из ниобиевого сплава, полученного спеканием и прокаткой в виде пластины. Образец экспонировался в потоке на длине 25мм, и площадь нагрева составила 275 мм2. Так как в нихромовом сплаве при нагреве в продуктах сгорания при температурах выше 850 °С образуется межкристаллитная коррозия, его термоциклирование проводили при радиационном нагреве на гелиоустановке. Рентгеноструктурный анализ показал, что высокая эффективность разработанных сплавов объясняется образованием на поверхности защитных оксидных пленок. Один из возможных механизмов термоэрозионного разрушения поверхности образцов ниобиевого сплава можно представить как рост объемов дефектов в процессе термоциклирования, их «залечивания», приводящего к самообособлению фрагментов поверхности материала и их последующего отрыва. Самозалечивание трещин и других поверхностных дефектов, например выбоин, что образуются при высокоскоростном ударе пылевыми частицами, находящимися в газовом потоке, происходит вследствие высокой концентрации дефектов на поверхности, образующихся при воздействии газодинамического потока. В дополнение к этому, представлены данные по механическим свойствам для нихромового сплава, в том числе, усталостная прочность. Установлено, что при циклировании (107 циклов) на виброэлектродинамическом стенде (VEDS-200A-M1) усталостная прочность составила 570 МПа, что значительно превышает требуемую 0,4σb = 400 МПа. Разработанный нихромовый сплав имеет σb = 1008 МПа, σ0,2 = 695 МПа при пластичности δ = 16,2 %. Испытания образца сплава на основе Nb при температуре 1200 °С на стенде УТС показали жаростойкость, достаточную для использования этих сплавов в металлических системах тепловой защиты многоразовых космических аппаратов

Ключові слова


жаропрочный сплав1; конвективный нагрев2; ресурсные испытания3

Повний текст:

PDF


Адреса редакції журналу:
Редакція журналу «ВД», Національний університет "Запорізька політехніка", 
вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, 69063, Україна. 
Телефон: 0 (61) 228-16-27, 769-82-69
E-mail: vd@zntu.edu.ua

При повному або частковому використаннi матерiалiв посилання на журнал є обов’язковим.