От Pokrovsky~stanislav
К Лучезар
Дата 22.05.2011 10:29:56
Рубрики Прочее; Россия-СССР; История; Война и мир;

Re: Инконель X-750

>>Инконель, после того, что с ним вытворяли в процессе изготовления двигателя гарантированно должен был лопаться еще до того, как тепло дойдет до керосина.
>
>А это уже новый (по крайней мере для меня) аргумент: Вы уже опровергаете и технологический процесс изготовления камер сгорания? Давайте разберемся. Итак, согласно стр. 22 технического бюллетеня (ТБ) сплава "Инконель X-750" ( который можно скачать с http://www.specialmetals.com/products/inconelalloyx750.php ), рекомендуемый температурный интервал горячей обработки этого сплава – 1800°–2200°F (982°–1204°C). Пайка в печи камеры сгорания происходила при температуре 1260°C ( http://history.nasa.gov/SP-4206/ch4.htm ). Это, конечно, немного выше 1204°C, но с другой стороны, при пайке механического воздействия на сплава нет. Что там ещё по-Вашему "вытворяли в процессе изготовления двигателя"?

1) Из инконеля, который уже сделан, прокатывали полосу. Это очевидно пластическая деформация.
2) Из полосы прокатывали трубку. Пластическая деформация
3) Шов трубки сваривали. Термомеханические напряжения масштаба напряжений пластической деформации
4) При пайке серебряным припоем из-за существенной разности коэффициентов линейного термического расширения инконеля и серебра на стыке инконелевой трубки с припоем - термомеханические напряжения масштаба напряжений пластической деформации
5) При пробных пусках двигателя на стыках с серебряным припоем напряжения масштаба напряжений пластической деформации.
6) При рабочем включении двигателя опять напряжения масштаба пластической деформации.

К пластическим деформациям мы еще вернемся.
А пока о температурном режиме горячей обработки.

В моей статье приведен график зависимости жаропрочности никелевых сплавов от объемного содержания гамма-штрих фазы. Вы видите, как быстро падает жаропрочность с ростом температуры и как сильно она зависит от содержания гамма-штрих фазы.
Крайняя верхняя температура обработки имеет следующее физическое значение. При этой температуре начинает интенсивно растворяться гамма-штрих фаза. Возникшая ранее прочность снижается за счет снижения объемного содержания гамма-штрих фазы. Материал становится мягче, пластичнее, меньше сопротивляется механическим нагрузкам, заложенным в расчете.
В 1960-е даже этого не знали.
Но только этим эффектом и определяется назначение верхней температуры.
И даже его влияние создатели Ф-1 нарушили пайкой. На границе с припоем материал существенно лишился прочности. Причем сами они это фиксировали в виде образования на границе с припоем окислов титана и алюминия, без которых невозможна гамма-штрих фаза в этом сплаве. Техническая история программы это зафиксировала письменно.

Однако, есть и другой эффект, опасный для жаропрочного материала. Это охрупчивание и обазование сквозных межкристаллитных трещин. Преподаватель МХТИ, автор двухтомника по физике твердого тела, в отдельной книге по жаропрочным сплавам свидетельствует о попытках создания материалов с очень высоким, почти 100% содержанием гамма-штрих фазы в надежде на получение суперсплавов. Они просто разрушались по межкристаллитным границам.
В чем дело? Повышающие жаропрочность гамма-штрих фазы должны иметь чуть-чуть(на 0.1-0.2%) плотности решетки. Это из статьи акад. Н.Е.Каблова, написанной в 1998 году. Так вот, образование гамма-штрих фазы происходит за счет перехода атомов основной решетки в более плотную. В основной решетке остаются пустоты. При 10% содержания гамма-штрих фазы она в каждом направлении занимает около 50% линейного размера, отбирая не слишком много лишних атомов в свою структуру.
Когда этой фазы становится больше, они начинают объединяться в микропоры и микротрещины. По достижении определенной плотности пор и микротрещин, они соединяются в сплошные макротрещины. И материал просто лопается. Сам, без нагрузок.

Но есть еще один очень важный эффект. Это рост гамма-штрих фазы под высокими механическими нагрузками. В приведенном мной примере из исследования лопаток Якутской ГРЭС средние размеры частиц гамма-штрих фазы выросли с 80 нм до 156 нм. Это соответствует росту объема фазы в 8 раз. Если бы они росли только за счет основной фазы, ее бы просто не хватило. Частично этот рост за счет коагуляции. Но все равно в результате приближение к состоянию, когда в новую фазу перешел почти каждый десятый атом из основной фазы вдоль каждой координаты.
Ну а это как раз и является условием соединения пор и микротрещин в макротрещины и разрушения ЛЮБЫХ МАТЕРИАЛОВ при весьма несильных воздействиях. Оно известно из советских исследований 80-х по проверке кинетической теории прочности
Замечу, что предложенная схема является новым словом в металлофизике жаропрочных никелевых сплавов. Фактически связную формулировку смог этому дать пока только я.
И это результат советских и российских исследований

Так вот, каждой операцией с серьезным пластическим деформированием или возникновением напряжений, близких к напряжениям пластической деформации, создатели и испытатели Ф-1 наращивали гамма-штрих фазу, доводя ее содержание в каких-то местах 900-метровой трубки до критического по хрупкому разрушению. Не по жаропрочности, а именно по хрупкости, по наличию внутренних трещин, превращающихся в сквозные при очередном воздействии.

Американцы здесь просто ничего не знают, поскольку в этой области у них очень слабая наука. Но и мы в понимании этого вопроса на грани знания. Первая статья на этот счет - моя в материалах конференции по нанотехнологиям в 2008 году.

>>Время жизни объекта, нагрузки на который повышаются в разы, сокращается на порядки.
>
>А ему надо работать всего-навсего 168 секунд. При температуре всего-навсего 524°C (рабочая температуре сплава – до 700°C, см. ссылку выше). Эта температура (975°F = 524°C) дана на стр. 3-7 руководства двигателя "F-1" ( http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19750070161_1975070161.pdf ). Это Вам я лично трёхкратно написал: на http://vif2ne.ru/nvz/forum/archive/279/279543.htm , http://vif2ne.ru/nvz/forum/archive/280/280474.htm и http://vif2ne.ru/nvz/forum/archive/282/282613.htm . И еще раз это Вам было показано на "авиабазе". Но Вы упорно делаете себе "оглушки", как мы в Болгарии говорим...

Понимаете, я знаю, что Вы прекрасно можете пользоваться формальными материалами американцев.
Но, во-первых, работает эффект охрупчивания, который не имеет никакого отношения к температуре.
Во-вторых, высокие температуры, ослабляющие участки трубы уже по классической температурной схеме, реализовались в процессе работы над трубками по крайней мере
при пайке.
В-третьих, высокие температуры в паре с высокими напряжениями реализовались по меньшей мере при пайке и испытаниях.
В-четвертых, сами эксплуатационные температуры на стенке камеры сгорания выше расчетных из-за неизвестного в те годы американцам эффекта сверхадиабатического нагрева богатых углеводородных смесей(открыт в СССР в 1968 году). А при таком повышении температуры инконель с выбранной рабочей точкой 524 градуса на границе даже известного снижения прочности оказывается в области быстрого ухудшения прочностных свойств.
В-пятых, сама классическая жаропрочность того же инконеля - не равномерна по объему. Тем более, когда не имеешь понятия, какой параметр материала надо контролировать. Жаропрочность - вообще статистический параметр(акад.Каблов, 1998 год). Вероятность иметь на длине трубок 900 метров несколько участков существенно пониженной жаропрочности просто из-за неравномерности выделения гамма-штрих фазы в процессе создающей жаропрочность термообработки, из-за неравномерности распределения необходимых для этого примесей титана и алюминия, - вполне естественна.
Найдется и шестое, а может, и десятое.

Что по этому поводу говорят американцы и их инструкции мне глубоко безразлично. Я ученый, нашедший с высоты моего современного знания несколько проколов в их подходах.

168 секунд - это весьма немало, учитывая несколько перечисленных факторов ослабления материала

>Сплав "Инконель X-750" широко используется в камерах сгорания ЖРД и много где ещё (стр. 1 ТБ выше). Опровергая его, Вы опровергаете не только ЖРД "F-1", а и все остальные изделия (не только ЖРД), где он применяется.

Эксплуатация материала с учетом важных знаний, появившихся в мире уже по окончании разработки Ф-1 абсолютно ничего не исключает. Возникают понятия, что и как надо контролировать и регулировать в составе. Но все это уже результат 70-х и позже.
От Лучезар
К Pokrovsky~stanislav (22.05.2011 10:29:56)
Дата 26.05.2011 22:49:02

Пластические деформации?

>1) Из инконеля, который уже сделан, прокатывали полосу. Это очевидно пластическая деформация.
>2) Из полосы прокатывали трубку. Пластическая деформация
>3) Шов трубки сваривали. Термомеханические напряжения масштаба напряжений пластической деформации
>4) При пайке серебряным припоем из-за существенной разности коэффициентов линейного термического расширения инконеля и серебра на стыке инконелевой трубки с припоем - термомеханические напряжения масштаба напряжений пластической деформации
>5) При пробных пусках двигателя на стыках с серебряным припоем напряжения масштаба напряжений пластической деформации.
>6) При рабочем включении двигателя опять напряжения масштаба пластической деформации.
>Так вот, каждой операцией с серьезным пластическим деформированием или возникновением напряжений, близких к напряжениям пластической деформации, создатели и испытатели Ф-1 наращивали гамма-штрих фазу, доводя ее содержание в каких-то местах 900-метровой трубки до критического по хрупкому разрушению.

«Покровский есть Покровский, чего с него взять. Для охлаждаемой конструкции—жаропрочность (как таковая) дело десятое. Да плюс, как тут справедливо заметили, завесное охлаждение. От себя замечу, что например ЭП-666 (тоже никелиевый сплав) испокон веков применяется в двигателестроении. Причём из него делают неохлаждаемые газоводы. Вообще никаких вопросов. Ну и еще очередной косяк от академика, насколько я знаю, трубки для ЖРД у амеров были бесшовные. А про отпуск, похоже, знатный металлург просто не знает. Но вот что могу утверждать совершенно определённо-камера сгорания F-1 не работала в области пластических деформаций. Слишком большая КС и крайне невысокие давления. 70 атм это совсем немного. В общем привычное "академическое" УГ.»
( http://balancer.ru/g/p2470249 )
От Лучезар
К Лучезар (26.05.2011 22:49:02)
Дата 28.05.2011 22:44:26

"Aвиабазовское дерьмо"?

>«В общем привычное "академическое" УГ.» ( http://balancer.ru/g/p2470249 )

"Форум Авиабазы "Американцы на Луне – были или нет?" – наиболее представительный форум, где ведутся дискуссии между скептиками и защитниками" ( http://manonmoon.ru/forum.htm ).

Это Дмитрий Петрович писал? А сейчас – "авиабазовское дерьмо"... нехорошо быть таким непоследовательным :)
Насчет сокращения "УГ" – оно мне тоже не нравиться, так как дурно пахнет ( http://lurkmore.ru/УГ ) – впрочем так же, как и слово "дерьмо".
От Администрация (Дмитрий Кропотов)
К Лучезар (26.05.2011 22:49:02)
Дата 27.05.2011 07:30:51

Предупреждение за нарушение правил ведения дискуссии

Привет!

Лучезар, чтобы не выступать просто как передаточное звено, коль уж вы решили копипастить наиболее выдающиеся перлы с авиабазы, - будьте добры, перед публикацией здесь - вычищайте из них авиабазовское дерьмо -
нападки на личность оппонента, разного рода домыслы и пр.

>«Покровский есть Покровский, чего с него взять. Для охлаждаемой конструкции—жаропрочность (как таковая) дело десятое. Да плюс, как тут справедливо заметили, завесное охлаждение. От себя замечу, что например ЭП-666 (тоже никелиевый сплав) испокон веков применяется в двигателестроении. Причём из него делают неохлаждаемые газоводы. Вообще никаких вопросов. Ну и еще очередной косяк от академика, насколько я знаю, трубки для ЖРД у амеров были бесшовные. А про отпуск, похоже, знатный металлург просто не знает. Но вот что могу утверждать совершенно определённо-камера сгорания F-1 не работала в области пластических деформаций. Слишком большая КС и крайне невысокие давления. 70 атм это совсем немного. В общем привычное "академическое" УГ.»
>( http://balancer.ru/g/p2470249 )

Дмитрий Кропотов
От Pokrovsky~stanislav
К Pokrovsky~stanislav (22.05.2011 10:29:56)
Дата 22.05.2011 13:32:16

Инконель X-750. Логика. Пункт 1.

1. Возможность применения инконеля не отрицается. Ставится под сомнение способность разработчиков Ф-1 к применению грамотных технологий этого материала в 60-е годы.

Причина тому - сложная(причем по сей день) физика жаропрочных состояний, в частности, у материалов этого класса.
Инконель сочетает в себе два противоречивых свойства:
- пластичность и пригодность к обработке давлением
- не слишком высокую, но все-таки несколько лучшую, чем у конкрировавших с ним материалов, жаропрочность

Для двигателя приблизительно прикинули параметры нагрева стенки и необходимую прочность при ожидаемой температуре. Материал, который подошел, имел характеристики, при которых температура рабочей точки была почти предельной. При этом сознательно регулировать характеристики материала было в то время невозможно. Инконель-750 можно было получить только долгим подбором состава и режимов термической обработки.

При этом сама температура стенки сколько-нибудь надежным расчетам не поддавалась. Хотя бы потому, что и сейчас рассчитать лучистый теплообмен с газом при температуре 3000 градусов весьма затруднительно. Теплообмен при прямом контакте газа с поверхностью стенки - столь же труден для расчетов.
Американцы в сущности имели на руках возможность балансовых оценок: столько-то энергии выделится, столько-то унесет поток, столько-то пойдет в стенку. Могли ожидать серьезного роста доли лучистого потока по сравнению с малыми прототипами двигателя. Но на сколько? Перенос лучистой энергии в оптически плотных средах - задачка и по сей день весьма сложная.
И теплосъем со стенки двигателя не увеличишь. Все. Предел, геометрия не позволяет. Проектирование двигателя в условиях, когда ты ничего не можешь посчитать с достаточной точностью, при этом у тебя нет запаса по параметрам - это почти гадание на кофейной гуще.

Главное, что вопрос был решаем. В последующие годы были созданы сплавы, которые имели гарантированный запас жаропрочности для той самой рабочей точки, которую вынуждены были поставить на график американцы.
Но это все было после их "полетов".

И даже с самим инконелем-750. Возьми его после прокатки и сварки трубок, прогрей в вакууме(чтобы не потерять титан и алюминий за счет окисления) до температуры полного растворения гамма-штрих фазы, а потом проведи термообработку дисперсионного твердения для получения той . И вернись к допотопному жаропрочному состоянию той болванки, из которой откатали трубку. Ну или приблизительно тому.
Сделать это можно было и в 60-е. Но только научных обоснований для таких операций тогда не было.

Пункт 2 напишу в другой раз.
От Лучезар
К Pokrovsky~stanislav (22.05.2011 13:32:16)
Дата 26.05.2011 19:08:35

Re: Инконель X-750....

>Американцы здесь просто ничего не знают, поскольку в этой области у них очень слабая наука.
>Сделать это можно было и в 60-е. Но только научных обоснований для таких операций тогда не было.

____________________________ начало цитаты _____________________________

Тема достаточно унылая – напоминает кстати популярное у домохозяек заламывание рук 'да как же могли дремучие египтяне построить такие замечательные пирамиды?!!'.
Ну и уровень диспута соответствующий – типа раз египтяне последних веяний сопромата не ведали и современными вычислительными мощностями для просчета конструкций не обладали – стало быть и пирамид строить не могли в принципе.

Смыслю в этой области еще меньше, просто ссылки:
  • http://hdl.handle.net/2060/19630010364 INVESTIGATION OF COOLING PROBLEMS AT HIGH CHAMBER PRESSURES
  • http://hdl.handle.net/2060/19650023157 Investigation of cooling problems at high chamber pressures final report, 1 jul. 1963 – 31 mar. 1965
  • http://hdl.handle.net/2060/19640022853 Conference on new technology
  • http://hdl.handle.net/2060/19800070644 Materials data handbook: Inconel Alloy 718
  • http://hdl.handle.net/2060/19730064288 Project Apollo: A feasibility study of an advanced manned spacecraft and system. Volume 4: On-board propulsion. Book 1: Text and appendix P-C
  • http://hdl.handle.net/2060/19680006392 Development of a 1,500,000-lb-thrust /nominal vacuum/ liquid hydrogen/liquid oxygen engine Final report, 30 Apr. 1962 – 4 Aug. 1966
  • http://hdl.handle.net/2060/19710019929 Design of liquid propellant rocket engines Second edition
  • http://hdl.handle.net/2060/19720021912 Thermal and mechanical treatments for nickel and some nickel-base alloys: Effects on mechanical properties
  • http://hdl.handle.net/2060/19720025831 Liquid rocket lines, bellows, flexible hoses, and filters
  • http://hdl.handle.net/2060/19720025831 Thermal Skin fabrication technology
  • http://books.google.ru/books?id=4KW5I4whPXcC&pg=PA119 The Saturn V F-1 engine: powering Apollo into history

    Пастернака – не читал. :-)
    ____________________________ конец цитаты _____________________________
    ( http://balancer.ru/g/p2468068 )

    >"Покровский опять забыл о боковых форсунках и завесном охлаждении стенок камеры. А скорее – специально об этом недоговаривает, потому что ему неоднократно сообщали о наличие таковых. Профессиональный *****бол."
    >( http://balancer.ru/g/p2468897 )

    >Пункт 2 напишу в другой раз.

    Дождемся? :)