Вивчено можливість та технологічні особливості виготовлення біметалевих деталей магнітної системи електричних реактивних двигунів малої тяги (ЕРД МТ) для підвищення параметрів і ресурсу роботи двигунів. Визначено магнітні властивості і структура зварних і паяних з'єднань з магнітомягкого стали і пермендюр 49КФ, 49К2Ф після вакуумної термічної обробки.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Тарасов А. Н., Панфілов В. А., Павловський М. Р.


Magnetic bimetals in technique EJT ST

The possibility and technological features of producing the bimetallic details of magnetic system of electric jets with small traction (EJT ST) was analyzed in order to enhance the parameters and the resource of engines operations. The magnetic properties and the structure of welded and brazed connections made out of magnetic steel and some permendures after vacuum thermal treatment are determined.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2007
    Журнал: Вісник Балтійського федерального університету ім. І. Канта. Серія: Фізико-математичні та технічні науки
    Наукова стаття на тему 'Магнитомягкие біметали в технології ЕРД МТ'

    Текст наукової роботи на тему «Магнитомягкие біметали в технології ЕРД МТ»

    ?УДК 621.791: 621.785

    А.Н. Тарасов, В.А. Панфілов, Н.Р. Павловський

    Магнітомягкого Біметал В ТЕХНОЛОГІЇ ЕРД МТ

    Вивчено можливість та технологічні особливості виготовлення біметалевих деталей магнітної системи електричних реактивних двигунів малої тяги (ЕРД МТ) для

    Вісник РГУ ім. І. Канта. 2007. Вип. 3. Фізико-математичні науки. С. 94 - 100.

    підвищення параметрів і ресурсу роботи двигунів. Визначено магнітні властивості і структура зварних і паяних з'єднань з магнітомягкого стали і пермендюр 49КФ, 49К2Ф після вакуумної термічної обробки.

    The possibility and technological features of producing the bimetallic details of magnetic system of electric jets with small traction (EJT ST) was analyzed in order to enhance the parameters and the resource of engines operations. The magnetic properties and the structure of welded and brazed connections made out of magnetic steel and some permendures after vacuum thermal treatment are determined.

    Вступ

    Застосування магнитомягких железокобальтових сплавів з 18 - 49% кобальту, що мають підвищену температуру точки Кюрі в порівнянні з традиційними сталями 10880, 16Х-ВІ [1 - 4], при виготовленні деталей магнітних систем і електромагнітних клапанів регулювання витрати робочого тіла перспективно для підвищення технічних характеристик і ресурсу роботи ЕРД [5; 6]. В ОКБ «Факел» спільно з РГУ ім. І. Канта останнім часом проведені дослідження і досліди з вивчення структури і властивостей, а також з розробки можливих технологічних схем виготовлення прецизійних деталей двигунів із застосуванням пермендюр 49КФ, 49К2Ф з метою отримання оптимальних експлуатаційних характеристик при скороченні трудомісткості виготовлення і вакуумної термічної обробки біметалевих магнитопроводов.

    Зразки і методика проведення експериментів

    Тонкостінні циліндричні магнітопроводи і тороїдальні зразки для вимірювання магнітних властивостей, а також мікроструктури на всіх етапах виготовлення і термічної обробки робили з прутків гарячекатаних сплавів і магнитомягких сталей серійного виробництва (табл. 1).

    Таблиця 1

    Щодо хімічного складу сплавів і сталей

    95

    Сплав, ТУ * Температура Тк, ° С Вміст елементів ** Нс, А / м В2500, Тл

    З З V Si Mn

    Пруток 49КФ, 090 мм 940 0,03 48,70 1,55 0,23 0,21 166 1,95

    Пруток 49К2Ф, 050 мм 950 0,02 48,4 1,82 0,19 0,21 162 2,01

    Пруток 10880, 0130 мм 770 0,03 - - 0,17 0,19 79 1,58

    * За ГОСТом 10160.

    ** Сірка і фосфор не вище 0,01%.

    Розміри тороідов для вимірювання магнітних властивостей на установці У-5045 були ідентичні для всіх вивчених сплавів, і мали розмір: діаметр зовнішній 35 мм, внутрішній 27 мм, висоту 8 мм. Це дозволило проводити їх зварювання і вакуумну пайку по опорних поверхнях і зовнішньому діаметру з подальшим визначенням магнітної індукції і коерцитивної сили з'єднань сталь-пермендюр. Для проведення вакуумного відпалу і пайки використовували двухколпаковие вакуумні печі СГВ-2.4 / 15І2; мікроструктуру основного металу і з'єднань вивчали на мікроскопах ММР-4, «Неофот»; міцності вимірювали випробуванням стандартних зразків розтягування діаметром 5 мм на машинах Р-5. Вакуумну пайку вели через шар хімічного нікелю, а аргонодугове зварювання здійснювали з присадкою і без присадочного матеріалу плавляться вольфрамовими електродами. У таблиці 2 наведені режими попередньої і остаточної вакуумної термічної обробки, а також умови формування паяних і зварних з'єднань тонкостінних магніто-проводів і зразків для вимірювання магнітних характеристик. Порівняльну корозійну стійкість оцінювали після витримки то-роідов протягом 288 годин в атмосфері 98% вологості шляхом розрахунку зміни питомої ваги в одиницю часу.

    Таблиця 2

    Послідовність виготовлення, умови термічної обробки деталей і зразків

    Марка матеріалу, твердість Спосіб з'єднання деталей Режим вакуумного відпалу * Магнітна індукція, Тл **

    В500 В2500

    Пермендюр 49КФ і сталь 10880, токарна обробка, Іа = = 1,25 мкм, твердість ІУ1і = 203-208 АрДС-зварювання без присадки зі сталлю 10880 без покриття відпалених заготовок Вакуумний відпал в СГВ-2.4 / 15І2, 3 години, вакуум Ю ^ па, 1100 ° С і 960 ° С, 10880 0,87-0,90 1,62-1,64

    Пермендюр 49К2Ф і сталь 10880, токарна Іа = 0,82 мкм, твердість ІУ1і = 187-194 Пайка в процесі вакуумного відпалу зі сталлю 10880 з покриттям хімніке-лем, без припою Вакуумний нагрів в СГВ-2.4 / 15І2 до 1050 - 1080 ° С , витримка 2 години, вакуум 10-4Па 0,95-0,98 1,56-1,60

    * Охолодження 150-180 ° С / год до 500 ° С, потім у вакуумі з піччю до 80 ° С.

    ** тороіде висотою 8 мм (4 мм пермендюр + 4 мм сталь 10880).

    Результати експериментів, обговорення

    На малюнку 1 показано зміну магнітної індукції в залежності від умов відпалу і способу створення нероз'ємних з'єднань при пайку і зварюванні.

    Як видно з результатів вимірювань і аналізу структури, максимальна магнітна індукція досягається після вакуумного відпалу перед зварюванням і в процесі відпалу з одночасною пайкою з формуванням крупнозернистою структури пермендюр 49КФ, 49К2А.

    а б

    Мал. 1. Результати магнітних випробувань сплавів: а - 49КФ: 1 - після вакуумного відпалу 1100 ° С, 2 - після мехобработки,

    3 - зварювання без відпалу, 4 - зварювання з відпалом 900 ° С; б - 49К2Ф: 1 - після мехобработки, 2 -Вакуумні отжиг 1100 ° С,

    3 - зварювання з 10880 без відпалу, 4 - зварювання АРДС з відпалом 880 ° С

    При аргонодугового зварюванні пермендюр 49КФ і стали 10880 з попередніми вакуумним отжигом відбувається утворення стабільного високоміцного проплавити на всю товщину або частина товщини з'єднуються циліндричних вставок магнитопроводов в залежності від числа проходів. Рівень магнітної індукції після зварювання може змінюватися від В2500 = 1,53 до 1,65 Тл залежно від співвідношення обсягу і товщини пермендюр і магнітомягкого стали для сплавів 49КФ і 49К2Ф. Паяні в вакуумі в процесі високотемпературного вакуумного відпалу через розплав хімічного нікелю №зР з'єднання також досить однорідні і міцні, а рівень магнітних властивостей змінюється кілька більш різко, ніж при зварюванні. У таблиці 3 наведені характеристики міцності, магнітні властивості і характерні дефекти з'єднань, виявлені при рентгенографуванням на апаратах РУП-120.

    Таблиця 3

    97

    Властивості зварних і паяних зразків з пермендюр і магнітомягкого стали

    Сполучаються матеріали * Твердість, ІУ2 5 ** Характеристики міцності Спостережувані дефекти шва, спаяний

    ів, МПа 8,%

    Сплав 49КФ-сталь 10880, АрДС без присадки 210-220 / 150-155 280 - 285 12 - 17 Поодинокі пори, рядки часткової пористості

    Сплав 49К2Ф - сталь 10880, АрДС без присадки 227-230 / 147-150 260-270 11 - 14 Рядки пір, полон штрихові

    Закінчення табл. 3

    98

    Сполучаються матеріали * Твердість, ІУ2 5 ** Характеристики міцності Спостережувані дефекти шва, спаяний

    ів, МПа 8,%

    Сплав 49КФ-сталь 10880, пайка через шар хімнікеля 20 мкм 205 - 215/140 - 145 240-250 14-16 непрілеганія до 5 - 7%

    Сплав 49К2Ф-сталь 10880, пайка через шар хім-нікелю 25 мкм 194 - 201/130 - 142 225-230 11-13 Непропай менше 5% довжини шва

    * Режими пайки і вакуумного відпалу (табл. 2).

    ** Чисельник - пермендюр, знаменник 10880.

    В процесі випробувань на розтяг встановлено, що зони руйнування зразків, паяних в вакуумі з одночасним відпалом, проходять переважно по Паяні шву, а в зварних з'єднаннях - по околошовной зоні пермендюр 49КФ, 49К2Ф внаслідок їх недостатньої пластичності. Вплив точкових і строчечного пір і полон на характер руйнування не встановлено.

    Корозійна стійкість у вологому атмосфері через шар нікелю деталей з пермендюр і нікельованої стали 10880 максимальна в межах 2-3 балів шкали ГОСТу 13819-75 (група - дуже стійкі). Зварні з'єднання сплавів 49КФ і 49К2Ф корозійностійкої, як і основний метал, а з боку відповідних деталей зі сталі 10880 без покриття бал корозійної стійкості становить 6 - 7 (понижено стійкі), при швидкості корозії більше 0,5 мм / рік.

    Практичні випробування ефективності створення зварних і паяних з'єднань із сплавів з підвищеною магнітною проникністю пермендюр і магнітомягкого стали 10880 в конструкціях циліндричних магнитопроводов (рис. 2), проведені на установках магнітного контролю ПМД-70 в доданому магнітному полі, показали можливість створення разнотолщинних конструкцій з фокусуванням магнітного потоку по висоті магнитопроводов.

    Мал. 2. Конструктивне рішення муздрамтеатру модуля М-60 з фокусуванням магнітного поля (1, 4 - сталь 10880; 2, 5 - пермендюр 49КФ, 49К2Ф; 3, 6 - зварні шви)

    Встановлено, що шляхом варіації товщини і висот циліндричних поясів і вставок пермендюр 49КФ і 49К2Ф, паяються або зварюються з основними корпусами зі сталі 10880 в зоні максимального теплового навантаження і розігріву робочих крайок магнитопроводов і котушок ЕРД МТ, вдається створювати оптимальні по напруженості магнітні концентровані поля, впливають на працездатність і ресурс роботи двигунів малої тяги.

    Отримані дані експериментів дозволили визначити раціональні технологічні схеми виготовлення паяних і зварних деталей магнітних систем електричних реактивних двигунів, а саме:

    - виготовлення деталей з гарячекатаних та кованих заготовок сплавів 49КФ і 49К2Ф і стали 10880 з припусками на чистову механічну обробку по опорним і циліндричних поверхнях, при класі чистоти поверхонь, що з'єднуються вставок і корпусів не нижче Іа = 0,60 мкм;

    - вакуумний відпал деталей для зварного варіанту при 1100 ° С, 2 - 3 години за стандартними режимам 49КФ, 49К2Ф ОСТ 92-4821 - 83, при 960 ° С стали 10880, з подальшим хімічним никелированием в процесі вакуумного відпалу;

    - аргонодуговая зварювання пермендюр, із зачищенням шару хімнікеля на стали 10880, по свариваемой по режимам 7 поверхні і вакуумна пайка в паєчний варіанті при температурі 1050-1080 ° С шляхом оплавлення хімнікеля в процесі вакуумного відпалу;

    - шліфування і доведення по класним, посадочних поверхонь з подальшими стабілізуючим вакуумним відпусткою при 500 - 550 ° С, 2 - 3 години для класних деталей підвищеної точності;

    - контроль якості з'єднань рентгенографуванням, вимірювання магнітних властивостей на зразках-свідках.

    Кількість і послідовність операцій чистового доведення, попереднього хімнікелірованія, стабілізуючого відпустки повинні вибиратися з урахуванням конструктивних особливостей каркасів, котушок, полюсів, магнитопроводов, що входять до складу магнітної системи ЕРД.

    На малюнку 2 показаний один з тонкостінних магнитопроводов зі сталі 10880 зі звареною торцевої вставкою з пермендюр 49КФ, виготовлений за розробленою технологією.

    99

    висновки

    Вакуумної пайкою і аргонодугового зварюванням можливе створення тонкостінних високоміцних конструкцій складних і змінних перерізів з різнорідних магнитомягких сталей і сложнолегірованних сплавів, застосовуваних в магнітних системах різного призначення.

    Таким чином, проведені досліди та експерименти, а також попередні стендові випробування двигунів дозволили зробити висновок про доцільність застосування розроблених технологій виготовлення зварних і паяних деталей з пермендюр 49КФ і 49К2Ф зі сталлю 10880 при виготовленні ЕРД МТ різних модифікацій.

    lOO

    Застосування зварних і паяних в вакуумі конструкцій деталей магнітних систем ЕРД МГ, виконуваних з железокобальтових пер-мендюров 49КФ, 49К2Ф і магнитомягких сталей 100SS0, 16Х-БІ, економічно ефективно також на підприємствах приладобудування, електроніки, електротехніки.

    Список літератури

    1. ціпами Б.В. Прецизійні сплави. М., 1983.

    2. Електротехнічні матеріали: Довідник / За ред. Б.Б. Березина і H.C Прохорова. М., 1983.

    3. Еспе В. Tехнология електровакуумних матеріалів. T. 1. М., 1962.

    4. Тарасов А.Н., Мурашко В.М., Пріданніков С.Ю. Вакуумна термічна обробка зварних і паяних магнитопроводов // MіTOM. 1998. № 1. С. 23 - 27.

    5. Tarasow A.N., Murashko V.M., Panfilov V.A. Main directions of application of new materials and technologies the manufacture of electric reastive eini-ges // Welding International. 2006. Vol 20. № 3. P. 240 - 242.

    6. Тарасов А.Н., Мурашко В.М., Павловський Н.Р. Особливості застосування магнитомягких железокобальтових сплавів і магнітних системах ЕРД Mг // Tехнология машинобудування. 2005. № 7. С. 52-54.

    7. Тарасов А. Н. та ін. Спосіб виготовлення і вакуумної термічної обробки паяних деталей з железокобальтових сплавів., Кл. м.к.і. З 21 Д 1/78: Пат. № 2006115324/02 РФ.

    8. ОСТ 92 - 1186 - 81. Зварювання дугове деталей з металів і сплавів в захисному середовищі інертних газів. М., 1981.

    про авторів

    A.Н. Тарасов - канд. техн. наук, ОКБ «Факел».

    B. А. Панфілов - канд. техн. наук, ОКБ «Факел». Н.Р. Павловський - інж., ОКБ «Факел».


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити