От Pokrovsky~stanislav Ответить на сообщение
К Дмитрий Кропотов
Дата 06.04.2008 12:06:13 Найти в дереве
Рубрики Прочее; Манипуляция; Версия для печати

Еще раз о никелевом сплаве для Ф-1

В прежних ветвях дискуссии вопрос о применении никелевого жаропрочного сплава для стенок камеры сгорания Ф-1 ставился следующим образом.

К началу полетов никелевые жаропрочные сплавы проявляли непостоянство прочностных свойств. И причины этого непостоянства только с 1967 года начали проясняться. Причиной оказалось неконтролируемое обазование в сплаве интерметаллидной т.н. гамма-штрих фазы. При малых количествах(около 10%) этой гамма-штрих фазы жаропрочность сплава при 950 градусах оказывалась на порядок ниже жаропрочности того же сплава, но с 50-65% указанной фазы. В момент запуска двигателя температурные напряжения на стенке в тех местах, где оказывались фрагменты сплава с пониженным содержанием гамма-штрих фазы, - должны были разорвать стенку.
Незнание причин снижения жаропрочности, не открытых к тому времени наукой, - не позволяло построить двигатель, у которого на стенках реализовывалась бы температура более 900 градусов.

Защита настаивает, что такие температуры на стенках не достигались - так как стенки были тонкие и охлаждаемые. Правда, малая толщина стенки противоречит требованиям прочности. Стенка корпуса камеры сгорания должна была выдерживать стационарное среднее давление изнутри 60 атмосфер. А в момент запуска - и гораздо большие давления ударных волн от взрывообразно воспламеняющейся смеси топлива и жидкого кислорода.
Чертежей Ф-1 с размерами, по которым(зная теплопроводность сплава) можно было бы провести теплофизические оценки температуры на стенке камеры сгорания - найти не удается. Вопрос подвис. Хотя подозрения остаются. К тому времени существовали хорошо разработанные и проверенные временем жаропрочные стали до температуры 950 градусов. Если температура стенки была ниже, то никакой экзотики в виде никелевого сплава не требовалось.
Никелевые жаропрочные сплавы в практике авиа- и ракетостроения позволили добраться до рубежа 1100 градусов. - У нормальных двигателестроителей.

Теперь повернем вопрос другой стороной.
Мы рассуждали о том, что в условиях незнания причин снижения жаропрочности и отсутствия соответствующего контроля - часть никелевого сплава могла иметь малое содержание гамма-штрих фазы.

Но красота ситуации в том, что другая часть того же никелевого сплава по естественым причинам могла иметь слишком большое(более 50%) содержание этих же выделений гамма-штрих фазы. А это не позволяет использовать для работы обычные средства формования методами деформации(например, горячей). Их можно получать только методами точного литья. При обработке давлением причиной возможного разрушения корпуса оказывается уже не жаропрочность, а провокация разрушений напряжениями на границах фаз, возникающими при формовании корпуса.
И американцы этого еще не могут знать. Наука с этим еще не разобралась.
Интересно, что случайное(без понимания) применение высокоточного литья для изготовления корпуса камеры сгорания - как бы исключено. Отливка тонкостенной колбы диаметром масштаба метра из металла - без провоцирующих разрушение при работе пузырей и раковин - просто нереальна. Так что формовали американцы стенки. Не зная, что они и от этого могут разрушиться при включении движка.

Чем такой поворот разговора интересен. Да тем, что он уже не зависит от чертежика Ф-1.
Отлить тонкостенную камеру - нельзя. Металл толком не прольется в форму. Вязкость, однако.
Только формовка. Из листовой заготовки со специально созданным и контролируемым содержанием гамма-штрих фазы. Про которую ненаучный проект Аполлон еще ни сном, ни духом.
И плюс к этому - специальные меры по предотвращению разрушения сплава в местах сварных соединений, непредсказуемо влияющих на его дисперсионный состав. Превышение 50-70% фазы в районе места сварки - это опять провокация разрушения.
Впрочем, специальные меры американцы могли предусмотреть и просто так. Это типа общего места в инженерной практике. А вот сам тонкий лист из жаропрочного никелевого сплава и фигурное изделие из него - не разрушающееся при запуске двигателя - до 1969-70 года -нонсенс.

Так что взяли мы таки Ф-1 в клещи.
Охлаждение стенок камеры сгорания - не спасает стенки от разрушения уже по причине возможности не малого количества выделений, а наоборот большого. И ввиду фатальной необходимости проведения со сплавом технологических операций, недопустимых при отсутствии контроля количества гамма-фазы.