7.7.1.1. Недостатки технологии

ГОРЯЧЕГО СПЕКАНИЯ ВОЛЬФРАМО-МЕДНОГО

ПСЕВДОСПЛАВА

Несмотря на высокое качество изделий, получаемых из порошков путем горячего спекания, необходимо, однако, обратить внимание на ряд недостатков последнего:

а) образование карбидного слоя на поверхности заготовки;

б) необходимость частой замены графитовой пресс-формы;

в) высокая стоимость изделий.

Тем не менее, следует отметить, что такую ответственную деталь, как тонкостенная облицовка вкладыша критического сечения сопла маршевого РДТТ, можно изготовить только с применением технологии горячего прессования порошков.

7.7.2. Псевдосплав вндс-1

В некоторых твердотопливных ракетах на маршевых двигателях применяется система управления вектором тяги за счет вдува в закритическую часть сопла горячего газа, отбираемого из основной камеры сгорания. Подобные системы применялись ранее, но со вдувом «холодного» газа из других источников. В закритическую часть центрального сопла вдувается горячий газ через специальные клапаны, работа которых регулируется системой управления. Всего в этом сопле установлено 8 клапанов, в каждом из которых имеется по 5 деталей. Так как температура газа около 3600 К, то для них также применен вольфрамо-медный псевдосплав, то есть и здесь осуществляется транспирационное охлаждение. Размеры деталей клапана невелики по сравнению с облицовкой вкладыша критического сечения (~150 мм), они более устойчивы и, кроме того, на один двигатель их нужно изготовить более 40 шт.

Для изготовления элементов клапана вдува был применен метод холодного прессования порошков с последующим спеканием. Сначала получают пористый вольфрамовый каркас, который затем пропитывают расплавленной медью. В целях понижения температуры спекания вольфрамового порошка вводят активатор спекания – порошок никеля в количестве 0,1 % или 100 г на 100 кг вольфрамового порошка. Температура спекания при этом снижается с 2100 К до 1850 К.

7.7.2.1. Технология получения вндс

1. Как и в случае с авмг, производятся такой же химический и другие анализы порошков.

2. Подготовка шихты. Поскольку к 100 кг вольфрамового порошка добавляется лишь 100 г никелевого, вопрос равномерного распределения последнего по всей массе смеси очень важный. В связи с этим смешение компонентов осуществляется в два этапа. Сначала берут навеску из расчета на 10 кг вольфрамового порошка 100 г никелевого. Эту порцию смешивают в смесителе типа «пьяная бочка» в течение 10…16 ч., после чего к этой смеси добавляют 90 кгоставшегося вольфрамового порошка и снова смешивают в течение 20 ч. Затем производят контроль порошка на предмет равномерности распределения никеля.

3. Гидростатическое прессование. Шихту засыпают в эластичные оболочки из резины или тонкой жести. Если заготовка пустотелая, то в оболочку вставляют центральное тело - болванку(рис.79). Как резиновая, так и металлическая оболочка должны быть герметически заварены или запаяны. Затем герметичные оболочки с порошком помещают в гидростат, заполненный обычной водой с хромпиком (ингибитор).

Гидростат представляет собой толстостенный или многослойный стальной цилиндрический сосуд. В течение 20…25 мин. его заполняют водой и доводят давление до 100…120 МПа. При этом давлении порошок выдерживают в течение 30 мин., после чего давление сбрасывают и воду перекачивают в другой сосуд. Оболочки разрезают и снимают. Заготовки после такого прессования очень прочные и внешне кажутся уже готовыми.

4. Спекание порошка. Спекание производят в индукционной, заполненной водородом печи, и так же, как и в случае прессования, берут сразу несколько заготовок (рис.80).

Режим спекания:

а) подъем температурыдо 1250…1300 К в течение 120…180 мин.;

б) выдержка при этой температуре 60…120 мин.;

в) подъем температуры до 1800…1850 К в течение 120 мин.;

г) выдержка при указанной температуре 120 мин.;

д) постепенное снижение мощности электропитания;

е) охлаждение при включенном электропитании до 600 К в среде водорода, далее можно охлаждать без водорода, но в закрытой печи.

Нужно заметить, что режим спекания зависит от активности порошка, то есть его партии, предприятия-поставщика и времени хранения.

Поставщиками в СССР были города Ташкент, Нальчик, Скопино, Владикавказ. Порошки имели соответствующую маркировку: ПВТ (порошок вольфрамовый, поставщик г. Ташкент), ПВН (г. Нальчик) и т.д. Каждая партия поставляемого порошка сопровождается сертификатом, где указаны основные данные (форма и размер зерна, химический состав, насыпной вес и т.д.).

5. Предварительная механическая обработка. Осуществляется с применением твердосплавных резцов типа ВК-6 по внутренней и наружной поверхностям.

6. Контроль плотности. Проводится на образцах из припусков путем гидростатического взвешивания:

где Р – масса образца на воздухе; Р₁ – масса образца, опущенного в воду; ρ – плотность; V=P-P₁ – объем образца.

Рис. 79. Загрузочное устройство для гидростатического прессования:

1 – резиновая или металлическая оболочка; 2 – порошок; 3 – центральное тело

Рис. 80. Схема печи:

1 – стальная оболочка; 2 – индуктор;

3 – графитовый нагреватель; 4 – спекаемые заготовки; 5 – подача водорода; 6 – электроконтакты; 7 – подач охлаждающей воды; 8 – электрогенератор; 9 – выход Н₂ и СО

Так как материал пористый, перед гидростатическим взвешиванием поверхность образца покрывают тонким слоем смазки ЦИАТИМ. Средняя плотность пористой заготовки должна равняться 15000…14800 кг/м³.

Очень важной характеристикой материала и заготовки в целом является разноплотность по объему, поскольку она влияет на термостойкость клапана. Случаи разрушения клапанов из-за большой разноплотности наблюдались при стендовой отработке двигателя.

Разноплотность по объему цилиндрической заготовки заслонки клапана проверяется радиационным методом с применением радиоактивных изотопов. Вызвано это двумя обстоятельствами:

Во-первых, вольфрам относится к элементам с большой молекулярной массой и порядковым номером в таблице Менделеева (Z=74).

Известно, что эффективное поперечное сечение взаимодействия (поглощения) жесткого рентгеновского и гамма-излучения зависит от порядкового номера элемента:

- для средних энергий, МэВ;

–для низких энергий, кэВ,

где Z – порядковый номер элемента; ε – энергия кванта.

В существующих рентгеновских установках энергия квантов не превышает 400 кэВ.

Во-вторых, поток излучения рентгеновских установок не является монохроматическим, что очень важно при измерении плотности и разноплотности. По этой же причине невозможно применять бетатроны с вторичным излучением гамма-квантов, хотя они могут иметь очень высокие энергии и используются при дефектоскопии.

Для конкретных заготовок был применен радиоактивный иридий (ε~1,7 МэВ) в качестве излучателя энергии.Приемниками служат сцинтилляционные датчики с фотоэлектронными умножителями. Схема контроля представлена на рис.81.

При контроле заготовка движется вправо-влево и проворачивается по оси. Процесс контроля полностью автоматизирован. Допустимая разноплотность должна составлять не более 0,6 г/см³ (600 кг/м³) при заданной плотности. Разноплотность вдоль стенки заготовки проверяется с помощью УЗК в теневом варианте (рис.82). С его помощью проверяются и другие детали клапана (седло, облицовка и т.п.).

Рис. 81 . Схема контроля;

1 – заготовка; 2 – ампула с иридием-193; 3 – сцинтилляционный датчик с ФЭУ

Рис. 82. Ультразвуковой датчик

1 – источник ультразвука;

2–заготовка; 3 – приемник (датчик)