Е.С.КУЛАГА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О  С  Н  О  В  Ы

 

К   О   Н   С   Т   Р   У   К  Т   О  Р   С   К   О   Г  О

М  А  Т   Е   Р   И   А   Л   О   В   Е   Д   Е   Н   И  Я

 

 

С Т Р У К Т У Р Н Ы Й     С О С Т А В

 

 

 

НА   ОПЫТЕ  РАКЕТОСТРОИТЕЛЬНОГО

М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М о с к в а    2009 г.

                                                      С О Д Е Р Ж А Н И Е                                                   Стр.

 

Предисловие автора…………………………………………………………………………        4

Введение……………………………………………………………………………………….     5

Глава 1.0. Структура материаловедения ………………………………………………….   9

1.1. О содержательном понятии вещества и материала………………………………   9

1.2. Структура материаловедения ……………………………………………………    10

1.3. О наноструктурном строении вещества  …………………………………………  13

Глава 2.0. Взаимодействие изделия с внешней и внутренней средой…………………    17

2.1.Многофакторный подход в системном проектировании и отработке изделий,..   17

как основы конструкторского и эксплуатационного материаловедения

2.2. Характеристика воздействующих факторов внутренней и внешней среды на… 18

изделие

2.3. Свойства воздействующих факторов ……………………………………………..  21

2.4. Районирование в исполнении техники для различных климатических районов.. 23

Глава 3.0. Состав конструкторского материаловедения………………………………      26

3.1. Система работ в конструкторском материаловедении…………………………… 26

3.2. Структурная модель воздействия внешней и внутренней среды на изделие …..  29

3.3. Основные объемы  и исследуемые процессы в конструкторском ……………… 30

материаловедении

3.4. Методы основных физико-химические инженерных расчетов, подлежащих …  33

разработке  в конструкторском материаловедении

Глава 4.0.  Объем и методы системной отработки материалов и изделий на ................36

воздействие  внешних и внутренних факторов

4.1. Исходные положения в лабораторных, стендовых и натурных испытаниях……36

4.2. Общий подход в проведении испытаний на долговечность………………………38

4.3  Испытание металлов и сплавов……………………………………………………  38

4.4. Испытание неметаллических материалов и покрытий…………………………    40

4.5. Испытание резин и резинотехнических уплотнительных деталей (РТУД)……   44

4.6. Испытание масел и смазок…………………………………………………………. 47

4.7. Испытание агрессивных жидкостей в составе изделия…………………………    49

4.8. Испытание сборочных единиц, находящихся в контакте с агрессивными …….  49

жидкостями.

4.9. Испытание аппаратуры и других сборочных единиц, не контактирующих с …..51

агрессивными жидкостями

4.10. Испытание изделия вцелом……………………………………………………….  52

Глава 5.0.  Методические рекомендации по проведению испытаний материалов….....53

и расчетов

5.1. Коррозионные испытания в среде с агрессивными жидкостями (АЖ)…………   53

5.2. Определение сорбционной емкости металлических и неметаллических………   54

материалов

5.3.  Проведение испытаний по определению механизма взаимодействия АЖ с……55

металлической поверхностью

5.4. Испытание контактных пар материалов ………………………………………….. 55

5.5. Испытания в среде загазованной парами АЖ

5.6. Испытания по определению газовыделения из неметаллических ……………… 56

материалов в процессе эксплуатации

5.7. Испытания по определению длительной стойкости неметаллических ………… 57

материалов в    среде сухого воздуха

5.8. Методический подход в ускоренных испытаниях на старение полимерных …..  57

материалов и деталей из них

5.9. Исследования по образованию механических примесей в АЖ……………….  5

5.10. Определение коэффициента диффузии АЖ через  металлы………………….   59

5.11.  Определение эквивалента проницаемости АЖ через микрокапилляры……..  60

5.12. Проведение испытаний по определению длительной прочности и …………...  60

ползучести

5.13. Проверка герметичности сборочных единиц изделия с АЖ при стендовых …   61

и натурных испытаниях

5.14. Исследование коррозионной стойкости изделия при хранении с………………. 61

несливаемыми остатками АЖ и после частичной нейтрализации

5.15. Определение фактического состава газовой среды в замкнутых полостях……. 61

5.16. Методика расчета допустимых норм герметичности полостей,…………………61

заполненных АЖ

5.17. Методика расчета необходимого количества сорбента для осушки…………….62

закрытых отсеков в изделиях

5.18. Методика расчета количества сорбента для поглощения газового ……………..63

фона в отсеках.

 

Приложения

 

1. Экспериментально исследовательские работы по конструкторскому ………...

материаловедению, проведенные в ГКНПЦ им. М.В.Хруничева в 60-80 годах

2. Статья Е.С.Кулага.  « О формировании теории наноструктурного строения…..

материала и материаловедения композитов».«  Композиты и  наноструктуры»

2009 г. № 2  стр. 61.  ИФТТ  РАН   НТП  «Вираж – Центр» .

3. Предложение по дальнейшему совершенствованию углепластиков на основе наноструктурного подхода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П Р Е Д И С Л О В И Е     А В Т О Р А

 

   Данная работа написана  сотрудником ГКНПЦ им. М.В.Хруничева на основе почти 50-летнего опыта руководства разработками конструкций корпусов авиационной и ракетно-космической техники, осуществлявшихся им в этой организации начиная с 1961 года. В процессе производственной деятельности  у автора  материаловедение составляло основное содержание его производственной и научно-исследовательской работы.

   В приводимой работе излагается взгляд и подход автора на место и содержание материаловедения, накопленный им в процессе его   конструкторской деятельности при разработке образцов ракетно-космической техники. Этот подход является достаточно не традиционным и, в определенной мере, может составить некоторое дополнение к существующим подходам в области материаловедения.

    Он представляет собой видение конструктора на состав материаловедения при разработке в  конструкциях изделий, в которых используются  одновременно большая гамма различных материалов. Основное содержание данного подхода состоит в рассмотрении материалов, находящихся в  изделиях при разнообразных видах их взаимодействия и  работающих в различных их сочетаниях при одновременном воздействии на них внутренних и внешних факторов, сопутствующих эксплуатации данного изделия.

    В принципе, такое рассмотрение материалов проводится всеми исследователями в различных научных и производственных организациях, но оно проводится применительно к каждому, отдельно взятому конкретному материалу. Вначале рассмотрение проводится безотносительно к области его использования. Затем начинается изучение поведения материалов, входящих в изделие, происходящих, под воздействием всех выше указанных факторов применительно  к областям и видам  использования разрабатываемой техники.

    Конструктору, разрабатывающему изделие, приходится иметь дело с различными материалами. Первое их рассмотрение проводится на основании рекомендаций  специалистов ведомственных материаловедческих НИИ. Затем конструктор, совместно с данными специалистами, проводит рассмотрение материалов применительно к конкретному изделию со всеми его специфическими особенностями.

    Изделий разрабатывается великое множество и специалисты НИИ не в состоянии при разработке материала учесть разнообразие форм и условий их применения, а тем более изучить  все эти особенности. Это должны делать материаловедческие подразделения конструкторских и проектных организаций.

     Квалификация и кругозор производственных материаловедов, составляющих так называемую заводскую науку, формируется решением ими конкретных повседневно стоящих перед ними производственных задач при изготовлении изделий, а также обеспечением конструкторов необходимой исходной материаловедческой информацией по технологии применяемых материалов.

    Производственные материаловеды, в силу сказанного, достаточно далеко отстоят от конструкторских особенностей разработки изделия и они не в состоянии в должной мере их учесть при рекомендациях того или иного материала. Это должен делать конструктор совместно с исследовательскими и производственными материаловедами. Они вместе должны определить круг проведения необходимых исследований по выбору и изучению конкретных конструктивных и эксплуатационных особенностей того или иного материала.

     Для того, чтобы конструктор и производственные материаловеды могли наиболее эффективно это осуществить они должны обладать набором соответствующих знаний в области совместного нахождения и взаимодействия материалов в конструкции и подвергающихся всевозможным воздействиям. Определение круга необходимых таких знаний и их основное содержание очерчивает описываемый подход, который предлагается определить, как конструкторское материаловедение.

     

 Настоящая работа не преследует цель написания полнообъемного курса или книги по конструкторскому материаловедению. Ставится более скромная задача - показать их необходимость и определить основной структурный состав для последующего  их написания специалистами в области физикохимии в тесном сотрудничестве со специалистами ведомственных материаловедческих НИИ, производственными материаловедами и машиностроительными конструкторами.

   В работе не приводится необходимый список использованной литературы, поскольку эта работа явилась кратким обобщением написанных автором четырех Выпусков №№ 3,4,5,6, научно-технических разработок КБ «Салют», общим объемом 909 страниц, где приведен список литературы,  состоящий из нескольких сот наименований.

 

 

 Об авторе. Кулага Евгений Сергеевич, окончил в 1951 году Харьковский авиационный институт и с тех пор непрерывно работает в КБ «Салют» неоднократно менявшем свое название. Начал производственную деятельность с должности инженера конструктора, затем  начальника отделения каркасов, материалов и новых технологий, в настоящее время, завершая свою трудовую деятельность, является главным конструктором темы.

   Доктор технических наук, Заслуженный конструктор России, Заслуженный создатель космической техники, Заслуженный испытатель космической техники, Ветеран космонавтики России со свидетельством № 408. Имеет патенты и авторские свидетельства на изобретения, опубликованные статьи, а также изданные монографии на технические и публицистические темы. См. http//eskulaga.narod.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 

  Работоспособность материалов в составе изделия, состоящего из множества материалов, определяется видом и составом внутренних воздействий протекающих в изделии, а также   внешних воздействий на изделие в процессе его функционирования. Воздействие и влияние внутренних и внешних факторов на материалы всех типов изделий, в основном, находится в области физико-химического взаимодействия  материалов и веществ, в силу чего проводящееся дальнейшее рассмотрение этих вопросов может носить общеметодологический характер, и может относиться к любому типу изделий. Рассматриваемые воздействия проявляется, в первую очередь, на материалах, а потом уже произошедшие изменения материалов сказываются на функционировании деталей, изготовленных их этих материалов и всего изделия.

 С целью большей наглядности рассмотрение проводится на базе ракетостроительной техники, в создании которой автор, проработав длительное время, накопил определенный опыт.  Поэтому излагаемые подходы  и всю данную работу в области материаловедения, в первую очередь, следует отнести к ракетостроительному материаловедению.

   Здесь не ставится задача приводить сведения по номенклатуре и свойствам материалов, используемых в ракетостроении или каком либо ином виде машиностроения. Основная задача будет состоять в системном подходе в определении типов внутренних и  внешних воздействий на материалы и, главное, определение структуры, форм и видов взаимодействий жидких, газообразных и твердых материалов, из которых состоит изделие, а также протекающих изменениях, происходящих на границах раздела фаз указанных сред, какими являются материалы. Конструкторам в наибольшей мере необходимы систематизированные сведения именно по указанным вопросам с аналитическими инженерными методами расчетного определения  их количественных величин.

   Машиностроительные конструкторы в вузах обучаются механике, прочности, динамике и другим специальным дисциплинам. Материаловедение дается в общем виде для органических и неорганических материалов. Физику и химию они «проходят» и знания о  них, как правило, остаются там, где они их получали. Предлагаемый подход в материаловедении должен научить конструкторов проводить физико-химическое расчетное определение  количественных величин в области материаловедения, а  не только в области проводящихся ими расчетов по специальным дисциплинам, присущих тому или иному виду техники.

   В настоящее время материаловедение в своей методологической и инструментальной оснащенности шагнуло далеко вперед по сравнению с 60-ми годами. Появилось богатейшее инструментальное оснащение в области исследования материалов вплоть до атомного строения. Ныне открыта новая форма вещества в виде  его наноструктурного строения. Его использование в промышленности позволяет получать материалы и изделия с принципиально новыми свойствами.

     В силу большого значения этого явления, изложению основного материала, в первом разделе предпослано краткое изложение авторского взгляда на материаловедение, в том числе и о наноструктурном строении вещества и нанотехнологий. Использование в наше время, пока еще не сформированной  теории наноструктурного строения вещества, может кардинально расширить методологическую часть в подходах к изучению влияния внешних и внутренних факторов на конструирование и экспериментальную отработку изделий.  

        Взаимодействия изделий с внешней и внутренней средой изучаются, в основном, специалистами материаловедами в различных НИИ, и в ограниченном объеме такое изучение проводится теми, кто создают сами изделия. Вместе с тем, изучение отмечаемых взаимодействий составляет основу конструкторского и эксплуатационного материаловедения, формулировки  которых и тематическое их содержание впервые вводятся в настоящей работе.

   В конструкторском материаловедении за критериальный подход в оценке стойкости материалов принимается оптимальность выполнения задач изделием в процессе его функционирования. В силу этого в данной работе изложение вопросов стойкости материалов будет, как правило, связываться с качеством эксплуатации изделий, что и будет составлять предмет эксплуатационного материаловедения.

   Применительно к внешним факторам рассматривается атмосферное воздействие согласно климатическому районированию территории СССР, а также антропогенное загрязнение атмосферы и его воздействие на озонный слой Земли. Экологические  данные приводятся из числа полученных на то время. Дается некоторое  сравнение этих факторов с такими же, имеющимися  в нынешнее время.

    Приведенные данные по этим факторам могут явиться, как бы исходной точкой для дальнейшего их сравнения, тем более что они были получены в этих работах,  практически, одними из первых в начале 70-х годов, по экологической оценке  и разработке мероприятий по предотвращению влияния промышленных изделий на окружающую среду.  

      Применительно к внутренним факторам рассматриваются вопросы обеспечения герметичности, подходы по обеспечению долговечности изделий, содержащих опасные жидкости, разрабатывавшиеся на основе изучения многофакторного воздействия внешней и внутренней  среды на изделия. Достаточно подробно рассматривается взаимодействия твердых, жидких и газообразных тел по границам их раздела в составе изделия, которые применимы к изделиям различного вида и назначения

  Большое значение этот вопрос приобретает для изделий, содержащих в себе токсичные, взрыво, пожаро и радиационно опасные вещества. Применительно к таким изделиям первостепенное значение при их эксплуатации приобретает безопасность обслуживающего персонала и предотвращение вредного воздействия их на окружающую среду. При решении этой задачи имеет большое значение обеспечение надлежащей прочности и длительной герметичности емкостей, трактов и полостей, содержащих такие жидкости в изделии, а также их коррозионной стойкости и долговечности при одновременном воздействии на изделие внешних и внутренних  факторов.

    Данные вопросы применительно к опасным и агрессивным жидкостям достаточно хорошо проработаны в химической, вакуумной и атомной технике и  по ним в этих отраслях накоплен достаточный опыт. Этому вопросу большое внимание уделяется во вновь формируемой теории стойкости трубопроводного транспорта, где коррозионные вопросы имеют большое значение.

    Начиная с конца 50-х - начала 60-х годов, когда у нас в стране началась разработка стратегических ракет, такая задача возникла и для ракетной техники, в которой стали применяться, высоко опасные жидкие компоненты ракетного топлива. Технические решения, отработанные в указанных ранее отраслях техники,  не во всем были применимы к ракетной технике и это потребовало разработки своих методических подходов и  соответствующих технических решений.

    Это объясняется тем, что в указанных отраслях промышленности подобные изделия все время находятся в эксплуатации в функционирующем состоянии и могут подвергаться непосредственному контролю, осмотру и ремонту. В ракетной технике такая возможность отсутствует. Ракеты располагаются в шахтах в заправленном состоянии в течение десятилетий и они должны сохранять свою работоспособность, находясь, все это время в статическом состоянии. После этого они должны в нужное время  сработать по назначении. При нахождении в шахтах они подвергаются периодическому  дистанционному автоматическому контролю их состояния по ограниченному количеству параметров. Эти условия накладывают свои специфические требования на отработку долговечности ракет.     

      Как упоминалось, эти ракеты должны были длительное время, в течении десятилетий, находиться  в невентилируемых и не отапливаемых шахтах, будучи в постоянной готовности к использованию по назначению. В качестве компонентов ракетных топлив в них  использовался окислитель амил – четырех окись азота и  топливо гептил – несимметричный диметил гидразин. Оба компонента  являются высоко токсичными и коррозионно-опасными  веществами, а гептил к тому же, является еще и пожаро опасным в паровой смеси с воздухом.

   Воздействие на ракету компонентов топлива является внутренним воздействующим фактором,  а воздействие влажной агрессивной среды шахты является внешним воздействующим фактором. Применительно к ним были разработаны и реализованы в ракетах соответствующие мероприятия, которые, позволили им находиться на эксплуатации значительно дольше, чем это вначале требовалось от них.

   Многолетний положительный опыт эксплуатации этих ракет показывает целесообразность распространения и на другие виды технических изделий подобной методологии обеспечения долговечности, которая была разработана и использовалась при создании упоминавшихся ракет.

    В методологической части данной работы приводятся рекомендуемые ГОСТы по проведению тех или иных испытаний материалов и сборочных единиц., а также разработанные под руководством автора методики, по тем видам испытаний, по которым отсутствовали руководящие материалы.

    Ныне, в эпоху рыночных отношений, руководящее начало в промышленности со стороны государства существенно уменьшилось, поэтому многие прежние и не переизданные ГОСТы стали нередко самочинно исключаться из практического их использования. Они перестали нести в себе законодательно обязательное условие их выполнения, и исчезло возникновение, в ряде случаев, уголовной ответственности за их невыполнение, как это было в советское время. Вместе с тем, они ни в коей мере не потеряли своего методологического значения и должны использоваться  в практической работе и поныне.

 

   В заключение необходимо отметить сотрудников тогдашнего ЦКБМФ1 и ученых различных НИИ, работавших в те годы по данной тематике, совместно с которыми проводились все основные исследования, и помянуть их добрым словом, поскольку почти все они уже ушли в мир иной.

    

   В ЦКБМФ1. ныне КБ «Салют» ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, это были:

    заместитель генерального конструктора Нодельман Я.Б. кандидаты технических наук

    Полторанин Г.Я., Загоскин Г.А., кандидат химических наук Соловьева Р.И., инженеры

    Воинов А.С., Кишнев Л.А., Кремер П.Я, Красникова З.А., Фетисов И.С., Котина Е.Г.,

   Крюченко Е.В. Маматова А.Ф. Федунина А.А., Романов Е.В., Аржеников О.И.,

  

Принимали активное участие в обсуждении постановочных вопросов и проведении совместных и самостоятельных исследований:

 

- в ВИАМ  доктора технических наук Батраков В.П.,  Гурвич Л.Я.,

- в НИИ-25 МО  доктор технических наук Братков А.А.,

- в ГИПХ   доктора технических наук Антипенко Г.Л., Сиволодской Е.А., инженер

     Павлов Н.В.,

- в НИИ-88 (ныне ОАО «Композит») доктора технических наук Конради Г.Г.,

     Белевич И.С. , инженер   Кузнецов Г.Г.,

- в Академии химической защиты доктор технических наук Селин М.Е.,

- в НИИ-4 МО кандидаты технических наук Лазуткин Н.П., Рогожин В.А., 

 

 - на химфаке МГУ  нынешний  декан химфака МГУ академик РАН В.В.Лунин, в то время 

     бывший кандидатом химических наук, а также  кандидаты химических наук

     Страхов Б.В., Емельянова Г.И., Лунина  Е.В.

 

 

 

 

 

Глава 1.0   СТРУКТУРА  МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

 

1.1.  О содержательном понятий  вещество и материал

 

  Накопленный многовековой человеческий опыт сосредоточен в письменных источниках научной и специальной литературы, произведениях различных видов искусств и в немалом числе сохранившихся материальных объектов, созданных прошлыми поколениями людей. Все они состоят из различных видов и форм материалов и представляют собой предмет и состав материальной культуры.

    Материалы являются тем, без чего невозможно создать материальный объект в технике, промышленности, строительстве и других видах практической деятельности людей. В силу чего изучению материалов всегда придавалось большое значение, начиная с  каменного топора, а затем уже с вещества, составляющего собой основу материального мира. Поэтому материаловедение является одной из важнейших наук в системе других технических наук. В порядке сохранения определенной системности следует остановиться на содержательном определении понятий вещества и материала. О материаловедении поговорим далее  в главе 3.0.

   Известно, что вещество в своем содержательном толковании претерпело определенное развитие, начиная со споров древних философов о материальности мира, в которых у философов – материалистов вещество состояло из атомов и определялось, как основа и сущность самой материи. Это было атомистическое направление в древней материалистической философии

    Далее, по мере углубления и развития научного понимания мироздания, вещество стали противопоставлять физическим полям, представлявшимися, как различными видами энергии.  Вещество определялось, как вид материи обладающей массой покоя, которое состоит из элементарных частиц, каждая из которых уже не обладает массой покоя. Квантовая механика нивелировала в научном смысле материальную сущность между веществом и полем, определив существование вещества в четырех субстанциях: твердом, жидком, газообразном и плазменном состоянии. Таким образом, понятие вещество получило свое содержательное  определение в научном его понимании.

    Представляет немалое значение определение содержательного состава вещества в практическом использовании, чего четко не сделано в большинстве справочной литературы и словарях. В одной только химической энциклопедии издания 1988 года указывается, что вещество организовывается в атомы, молекулы, ионы и радикалы, чего крайне недостаточно в определении понятия вещества для его практического использования. Исходя из этих позиций, содержательный состав вещества, с практической точки зрения его применения,  можно определить следующим образом.

    Вещество представляет собой материализованный тот или иной химический элемент, сформированный на молекулярном или атомарном уровне,  входит в состав материала или используется  при создании  из него материала, а также  применяется в чистом виде.

     При такой формулировке вещество связывается с химическими элементами, существование которых определяется их основным структурным строением и составом, используемым в практическом применении, без излишней детализации внутреннего его атомарного строения, Из одних ионов и радикалов материал не создать. Они являются инструментом, а не «строительном материалом», которым являются атомы и молекулы вещества,  при создании материалов природой или при их создании человеком искусственным путем.

   Аналогичная ситуация сложилась в науке и с формулировкой содержательного определения такого понятия, как «материал» с научной и практической точки зрения. В одной только Большой советской энциклопедии 1977 года издания о материалах сообщается, что существуют вспомогательные и основные материалы, а основные материалы определены, как вещественные элементы производства. Более, чем странная научная формулировка понятия, что такое материал. В других справочных источниках  о содержательных формулировках  понятия материал, как таковом, вообще ничего не говорится. В силу этого для практического использования сформулируем свое определение понятия материал с учетом ранее приведенной формулировки понятие вещества.

   Материал представляет собой либо чистое вещество или сформированную специальным образом смесь веществ, обладающей определенными свойствами  и используемую для практического применения.

   Подобная формулировка позволяет структурировать на верхнем уровне материалы по:

 -видам входящих   веществ,

-способам формирования смеси входящих   веществ,

-получаемым при этом свойствам материалов.

- областям  применения.

  Каждое из выделенных составляющих в понятии материал изучается своими науками согласно своему предмету исследования, вытекающему из выше приведенной формулировки понятия материал.

   Проведение классификации материалов по предложенному принципу позволит систематизировано выстроить систему наук в материаловедении по изучению отмеченных характеристических составляющих понятие материал и определить круг знаний каждой из них, необходимых для использования в материаловедении.

  

1.2. Структура материаловедения.

 

  Материаловедение изучает способы использования материалов, на основе знаний начиная от природного состояния материалов, их переработки для практического применения и заканчивая результатами такого применения. Создание любых видов изделий начинается с выбора материалов, из которых собираются изготавливать то или иное изделие для различного их использования.

  Виды использования разнообразных органических и неорганических материалов определяются типом изделия и условиями его использования в той или иной области практической деятельности. Каждая из них имеет свои специфические особенности, в результате чего для каждого определенного вида деятельности сложился свой круг используемых материалов и их сочетаний, которые изучает материаловедение

    В практической деятельности сформировались такие основные виды материаловедения, как промышленное, строительное, медицинское, биологическое, искусствоведческое, бытовое.

    Здесь и далее будем рассматривать, как нам рекомендует энциклопедия, основные материалы, без рассмотрения вспомогательных материалов. Под основными материалами будем принимать все материалы, из которых создаются изделия для практического использования в любом виде деятельности.

  Каждое из выделенных видов материаловедения содержит в себе большое число разновидностей, определяемых назначением тех или иных изделий и спецификой их использования.  Для промышленного материаловедения можно, например, выделить такие виды, как ракетостроительное, космическое, судостроительное, станкостроительное, автомобильное, сельхозмашиностроительное, трубопроводное, железнодорожное и ряд других.  

  Создания всякого изделия начинается с разработки конструктором его облика и технического содержания.  С этого начинается работа по выбору материала для создаваемого изделия, который осуществляет конструктор, создающий изделия для использования  в любом виде деятельности, в силу чего весьма существенна роль конструктора в создании любого вида техники. Эффективность изделия при его использовании определяется тем проектным решением, которое закладывается конструктором в самом начале его создания и значение состава и качества примененных материалов играет весьма существенную роль.

    Назначение и  условия использования изделия  являются системными критериообразующими условиями в выборе материалов для каждого конкретного вида изделия. В силу этого, материаловед в первую очередь должен хорошо представлять именно эти условия применительно к создаваемому изделию.

   Конструкторы, создающие изделия, при выборе материалов используют различные справочные материалы и рекомендации специализированных институтов. Не всегда имеющиеся сведения позволяют выбрать материалы, в полной мере обеспечивающие трубимое качество проектируемого изделия. В этих случаях начинается проведение соответствующего комплекса работ по приданию необходимых свойств тем или иным материалам, а нередко и созданию новых материалов. Эти исследования ведутся, как правило, в специализированных институтах и лабораториях и нередко они ведутся совместно с конструкторами, создающими изделия. Если системно проследить путь создания материала и способов его использования, то можно выделить следующие его этапы.

   Вначале изучают способы переработки природного вещества  в состояние пригодное для  практического использования. Затем изучаются свойства получаемого материала в зависимости от способа его получении. Далее исследуется  влияние на свойства материалов  технологических приемов переработки материалов в конкретные изделия из них. Именно сведения о всех ранее перечисленных свойствах материалов являются исходной базой для первичного выбора материала конструктором в создаваемой им конструкции.

     С выбранными таким способом материалами проходит первоначальная отработка конструкции на ее функционирование. После этого, в случае необходимости при получении отрицательных или неудовлетворительных результатов, приступают к изучению поведения конструкции в зависимости от вида и качества использованных материалов, а также изучают влияние воздействия внешней и внутренней среды в процессе эксплуатации изделия на поведение материалов в составе изделия и самого изделия вцелом. Нередко эти исследования предшествуют выбору материалов до начала отработки изделия на функционирование.

   Из проведенного краткого рассмотрения протекания жизненного цикла материала видно, что любой материал проходит последовательно ряд этапов в его исследовании, применительно к разным условиям применения и проводимых разными специалистами. Изучение способов получения  металлов проводят металлурги, а способы получения полимеров проводят соответствующие химики – технологи. Изучение технологических свойств материалов, как правило, проводят производственные технологи. Казалось бы, что изучение свойств материалов в конструкциях изделий должны проводить конструкторы, но это очень редко бывает на практике, и эти исследования ими перепоручаются разработчикам материалов с ограниченным участием конструкторов, что не всегда бывает оправданным. Проведенный анализ состава материаловедения можно проиллюстрировать, применительно к промышленной технике, ниже следующей блок – схемой, представленной  в виде таблицы 1.1.1Т.

                     С целью более предметного рассмотрения состава материаловедения целесообразно выделить в нем  в и д ы  и  р а з д е л ы материаловедения, как это представлено на структурной его блок-схеме.  Исходя из ране проведенного краткого рассмотрения состава материаловедения и  представленного на его блок – схеме в таблице 1.1.1Т. можно сформулировать основные задачи, каждого из выделенных разделав материаловедения.

   Фундаментальное материаловедение – изучает, влияние свойств веществ на свойства получаемых из них материалов, основываясь на принципах основных положений фундаментальной науки о строении вещества, применительно к различным видам техники.

   Производственное материаловедение – изучает способы промышленного получения материалов и влияние этих способов на свойство получаемого материала.

   Технологическое материаловедение – изучает способы получения изделий из материала и влияние технологических способов на свойства материала в изделии.

   Конструкторское материаловедение – изучает поведение материалов и их сочетания в составе конструкции и влияние состава материалов на работоспособность конструкции.

  Эксплуатационное материаловедение – изучает поведение материалов и конструкции в процессе эксплуатации под воздействием внутренних и внешних факторов.

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                              Таблица 1.1.1Т.

                        

                                       

                                        М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Е

 

 


                                                            В И Д Ы

                   Неорганическое                                            Органическое

 

 


                                                       Р А З Д Е Л Ы

 

 

 

 


  Фундамента-         Производст-       Технологи-        Конструктор-       Эксплуата- 

    льное                       венное               ческое               торское                цонное

 

    

  Настоящая работа практически посвящена конструкторскому и эксплуатационному материаловедению, которые осуществляются, как правило, эмпирическим путем с ограниченным количеством аналитических расчетных определений тех или иных параметров  и свойств материалов. При нахождении в конструкции в непосредственном контакте ряда различным материалов особо важное значение приобретают процессы, происходящие по границам раздела этих материалов и контактов их с газообразными и жидкими средами, в которых они находятся.

     Очень мало в конструкторской практике проводится  предварительная аналитическая оценка расчетным путем указанных взаимодействий. Знания в этих вопросах приобретаются, в основном,  экспериментальным путем, с определенной долей уверенности по прогнозированию дальнейшего состояния в поведении подобных контактов и самих материалов.

   За истекшие годы появились многие достижения в области материаловедения, и оно шагнуло далеко вперед. К одним из таких достижений можно отнести появление, так называемых  «нанотехнологий». Несмотря на то, что эта тематика не относится к основному содержанию данной работы, необходимо будет далее несколько остановиться на этом вопросе, с тем, чтобы данная работа в определенной мере являлась бы созвучной современному времени. Это целесообразно сделать еще и потому, что «нанотехнологии» в первую очередь относятся по своей сути к области материаловедения, а потом уже к технологии.

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.  О наноструктурном строении вещества и композиционном материаловедении

 

     В настоящее время создано множество разнообразных материалов  на основе наночастиц обладающих необычными свойствами. Вместе с тем, научные основы теории НАНОСТРУКТУРНОГО СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА находятся пока еще в стадии формирования.  Ее систематизированные положения создадут более глубокие теоретические основы для еще более широкого практического использования ее фундаментальных положений при создании новых материалов. В данном случае уместен общеизвестный афоризм, состоящий в том, что «нет ничего практичнее, чем хорошая теория». Но пока соотношение необходимых систематизированных научных знаний и практического их использования в области «нанотехнологий» образно характеризуется общеизвестным афоризмом - «телега поставлена впереди лошади».

    Более подробно взгляд автора на эту проблему изложен в опубликованной его статье, в журнале «Композиты и наноструктуры № 2 за 2009 год., приводимой в приложении. В ней приведена уточненная схема материаловедения с учетом наноструктурного материаловедения.

 Этот журнал вновь образован Институтом физики твердого тела АН РФ в Черноголовке и в его редакционный совет вошли ученые из восьми наиболее развитых стран, начина от США и заканчивая Израилем. Можно ожидать, что этот журнал станет весьма достойным представителем академической науки  в области наноструктур. 

    В литературе появились сообщения о возможности создания конструкционных композиционных материалов, с приводимыми просто фантастическими свойствами, в которых в качестве наполнителя используются  нановолокна, получаемые  из углеродных трубок, в силу чего, в  области композиционных материалов следует сделать ряд некоторых замечаний.

   Микрошлифирование обычного углепластика с наполнителем из препрега ЛУП-1, фото которого приведено на Рис. 1.3.1Р, показывает, что наше обычное углеволокно, получаемое из панволокна путем его пиролиза,  имеет диаметр не превышающий 10 нм, свидетельствующее о том, что это угольное волокно является непрерывным чистым нановолокном, в отличие от нанотрубок, имеющих ограниченную длину, не превышающую 100 нм.

   Как известно, композиционные материалы состоят из разнородных материалов и по своей природе имеют ряд специфических особенностей в своем применении. Основными преимуществами конструкций из полимерных композиционных материалов, и в частности из углепластика, являются их малый вес и существенно меньшая трудоемкость их изготовления по сравнению с изделиями из металла.  Данное качество является весьма важным для авиации и ракетно-космической техники, где ведется большая работа по снижению массы этой техники.        

   Другая особенность применения композитов состоит в принципиально ином подходе в проектировании изделий из них. В отличие от изделий из металлических материалов, приступая к созданию изделия из композитов, его конструирование начинается с конструирования самого материала, из которого состоит изделие. При изготовлении изделия из композита  материал получается одновременно с формированием самого изделия, вместе с тем, как изделия из металлов изготавливаются из заранее изготовленных металлических материалов и деталей, входящих в состав изделия в виде различных заранее изготовленных заготовок.

    В связи с этим конструкторам необходимо владеть двумя областями знаний – методами расчета и конструирования вначале самого материала, а потом уже изделия из него. Это весьма специфичные и достаточно различные области знаний, весьма тесно связанные и взаимно дополняющие друг друга.

   При конструировании материала используются знания из области физико-химических свойств матрицы, наполнителя и их взаимодействия. При конструировании изделия используются знания из области поведения анизотропных структур. По тем и другим накоплено большое количество данных, особенно в области физико-химического взаимодействия составляющих композита. Если по анизотропным системам знания достаточно обобщены в механике твердых тел, то знания о взаимодействии матрицы и наполнителя различных видов, при их громадном количестве, недостаточно обобщены, что затрудняет их использование конструкторами.

    Исходя из этого, предлагается в механике композитов выделить  и сформировать два раздела механики – МИКРОМЕХАНИКУ  И  МАКРОМЕХАНИКУ. Первая должна системно дать подходы, методологию и практические исходные данные для расчета структуры и конструкции материалов, с тем, чтобы иметь аналитическую базу для оптимизации сочетания матрицы и наполнителя, прежде, чем рассчитывать схему его армирования. Вторая, по конструированию изделий из таких материалов, которая по существу, в большом объеме уже имеется, должна дать рациональную схему армирования материала, исходя из принятой схемы силовой схемы его использования в конкретной конструкции.

   Применительно к микромеханике можно предложить решение, в качестве первоочередной задачи, описание, с использованием математического аппарата, принципа взаимодействия матрицы и наполнителя, согласно физико-химической модели механики их взаимодействия, представленной на Рис. 1.3.2Р  в двух вариантах.. Решение ее, вначале  в общем виде, позволит сформулировать задачу химикам по определению объема необходимых физико-химических свойств матрицы и наполнителя, а также связей по границе их раздела, с тем, чтобы с использованием этих величин, можно было бы проводить инженерные расчеты по конструированию композиционного многослойного анизотропного материала.

  В варианте 1 нагружается одно волокно силой Рвн.1 и определяются усилия Ri1 в смежных волокнах, возникающих при их совместной работе, а также усилия Ri2 в слое «Б» , располагающегося под углом θ к слою «А». В варианте 2 нагружаются все волокна равномерно каждое силой Рвн.2 и определяются усилия Ri2 в слое «Б».

  Перераспределение усилий Рвн.1 и Ri2 между волокнами и слоями происходит за счет упруго напряженного состояния матрицы между волокнами и слоями, возникающего за счет усилий, действующих на границах раздела фаз, между наполнителем и матрицей, величина и физико-химическая природа  которых  подлежат определению.

   Перераспределение усилий между волокнами в слое происходит в зоне «С», а  между слоями происходит в зоне «Д», показанных в сечении «а-а» на Рис. 1.2.2Р, за счет возникновения нормальных напряжений  σ  и сдвигающих усилий  τ, которые могут быть по величине разными между волокнами в слое и между слоями. На работу матрицы в этих зонах будут иметь существенное влияние геометрические размеры  t  и h, показанные в сечении «а-а». Параметр  h  определяет толщину слоя матрицы между слоями препрега и существенно зависит от способа формования материала6 вакуумного, автоклавного или прессового. Чем выше будет усилие прижима слоев при формовании, тем тоньше будет этот слой. Сейчас это усилие подбирается экспериментальным путем. Предлагаемая к разработке методика расчета даст аналитический инструмент для определения не только оптимальной структуры материала, но и оптимального режима его формования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ    ИЗДЕЛИЙ  С ВНЕШНЕ  И  ВНУТРЕННЕЙ СРЕДОЙ                         

 

2.1.  Многофакторный подход в системном проектировании  и отработке изделий, как

         основы конструкторского и эксплуатационного материаловедения.

 

  Машиностроительная сфера является основным звеном народного хозяйства, обеспечивающая его жизнедеятельность. Уровень развития этой сферы характеризует уровень и состояние вцелом всей экономики современного индустриально развитого государства.

   Обобщенной характеристикой качества функционирования машиностроения являются те изделия, которые оно выпускает. Уровень потребительского качества выпускаемых изделий всецело определяет эффективность использования средств, идущих на их изготовление, а также их окупаемость. Это стало особенно очевидным, когда наступила рыночная конкурентная состязательность выпускаемой продукции, когда ее потребительское качество стало решающим.

  Потребительское качество изделия   в первую очередь закладывается на стадии его проектирования и разработки и обеспечивается всеобъемлющим комплексом испытаний изделий перед запуском их в производство. В силу этого,  данным процессам уделяется пристальное внимание при создании изделий и к качеству осуществления этих процессов   предъявляется повышенные требования. Именно на этой стадии закладывается основное потребительское качество изделий, с которыми они выступает на потребительском рынке. Не меньшее значение имеет и качество изготовления разработанного изделия. Обеспечение качества изготовления  отработанного изделия представляет собой отдельную специальную тему, и она выходит за рамки настоящей работы.

   Повысить качество проектирования и отработки изделий, а также провести оценку оптимальности выбора использованных материалов, можно будет при использовании системного подхода, в котором явления рассматриваются комплексно в статическом и динамическом состоянии. В статическом состоянии рассматривается и изучается внутренняя структура изделия, а в динамическом состоянии рассматривается и изучается его поведение в процессе функционирования.

   Структура и характер функционирования изделий рассматриваются и изучаются при совместном воздействии на изделие его внутренней и внешней среды при их взаимодействии и взаимозависимости.

  В процессе изучения динамического состояния промышленных изделий следует выделить основные факторы, во взаимодействии которых изделие будет образовывать единую комплексную систему. Рассматривая изделие в системе этих факторов, можно будет при проектировании создать изделие с наиболее эффективным потребительском качеством. К этим факторам  необходимо отнести следующие:

                       « изделие -  внешняя  среда»,

                       « изделие -  внешнее функционирование»,

                       « изделие -  внутреннее функционирование»,

                       « изделие – время работоспособности»,

                       « изделие – стоимость».

  Каждый из выделенных факторов можно определить, как свою систему. Применительно к  каждой из них на стадии проектирования и разработки изделия должны быть осуществлены необходимые мероприятия, обеспечивающие изделию высшее потребительское качество при комплексном его рассмотрении во всех системах, образовываемых изделием.

  Такой системный подход в проектировании и отработке изделий можно определить, как

м н о г о ф а к т о р н ы й      п о д х о д, являющийся   наиболее прогрессивным, позволяющий рассмотреть изделие комплексно при всем его сложном  внутреннем и внешнем функционировании во взаимозависимости с окружающей средой.

  Выделенные системы имеют свою специфику в характере и методах решения задач, но вместе с тем они представляют собой единство внутреннего содержания изделия при рассмотрении его в главной системе «изделие – потребительское качество». Именно рассмотрение изделия на стадии проектирования во взаимодействии выделенных систем позволит получить наиболее высокое качество изделия, на которое большое влияние оказывает оптимальность выбора примененных материалов в его конструкции.

   Рассмотрим основные черты каждой из выделенных  систем.

    В системе « изделие – внешняя среда» определяется состав и параметры воздействующих факторов окружающей среды и условия их воздействия и влияния на процесс функционирования изделий. Исходя из этого, выбираются те или иные проектные и конструктивные параметры изделия, агрегатов и систем, выбираются материалы для их изготовления, а также намечается объем отработки.. Критерием стойкости  к внешним воздействиям является качество внутреннего и внешнего функционирования изделия и его агрегатов, определяемых при рассмотрении его в последующих системах.

    В системе «изделие – внешнее функционирование» рассматривается качество  выполнения внешних функциональных операций, и их влияние на конструкцию изделия. В данной системе определяется облик изделия, выбирается тип рабочего органа и энергетической установки, корпуса и переходных систем, а также органов системы управления. Определяется их оптимальное сочетание исходя из обеспечения максимальной эффективности изделия. Теория и практика проектирования изделий весьма различна и специфична для каждого вида техники, но общим для всех их является именно совместное рассмотрение изделий в указанных пяти системах.

  В системе « изделие – внутреннее функционирование» рассматривается необходимый набор и характеристики различных элементов и систем изделия, и их взаимное функционирование  при выполнении изделием определенных внешних операций, для выполнения которых собственно и создается изделие. На  этой стадии закладываются в конструкцию необходимые технические решения, а также конкретизируются объемы отработки ее элементов и изделия в целом.

  В системе «изделие – время» рассматривается влияние продолжительности эксплуатации на качество функционирования, при котором решается задача обеспечения необходимой долговечности и срока службы изделия. Происходящие изменения  в агрегатах и системах изделия протекают во времени  под воздействием  внутренних и внешних факторах и характеризуются множеством различных физико-химических и механических процессов, таких как усталость, ползучесть, длительная прочность,  трение, старение, диффузия и ряд других. За последнее время к ним добавились такие процессы, как капиллярная конденсация паров жидкостей в кристаллической решетке металлов, длительная герметичность материалов и емкостей, адсорбция, газовыделение и другие. Каждый из этих процессов является предметом изучения соответствующих разделов науки. Их методы и приемы  должны в своей совокупности использоваться и рассматриваться при создании промышленных изделий, что не всегда делается в должном объеме из за чего нередко страдает качество создаваемого изделия.

   В системе «изделие – стоимость»  рассматривается стоимость затрат на создание  и эксплуатацию изделия и соизмеряется эта стоимость со стоимостью производимого полезного эффекта при использовании данного изделия. Эта задача становится определяющей при выходе изделия на рынок, поскольку она во многом определяет конкурентоспособность изделия при равном его качестве с другими однотипными изделиями.

 

2.2.  Характеристика воздействующих факторов внутренней и внешней среды на изделие.

 

   Внешней средой для изделия является область, в которой проходит эксплуатация изделия. К макрообластям эксплуатации можно отнести космос, воздух, моря, закрытые водоемы и реки, поверхность суши, грунт, подземные  среды. Каждая из макрообластей имеет множество своих областей, каждая из которых имеет свои характеристические физико-химические параметры, определяющие их среду. Природа и характер этих параметров будут определять объемы и виды взаимодействия изделия со средой  в данной области.

   Применительно к каждой макрообласти, а нередко применительно и к отдельным областям в них, создаются свои виды разнообразной техники и машин. Это объясняется принципиальным различием характеристик сред, условиями эксплуатации в них и назначением изделий. Эти характеристики сред и условия эксплуатации широко изучаются и по ним накоплен значительный материал, нашедший обобщения в различных работах и руководящих материалах, о чем будет сказано далее.

   Внутреннюю среду можно представить, как взаимодействие твердых, жидких и газообразных сред, из которых состоит изделие. Взаимное влияние сред и элементов изделия будут определять характер воздействия внутренних факторов. Эти факторы весьма специфичны для каждого вида изделий. Вместе с тем, можно выделить ряд факторов, имеющих общий характер для любого вида изделия, основанных как на изменении свойств самих сред, так и на их взаимодействии. Изменение свойств сред, как таковых, широко изучается. При комплексном многофакторном подходе к проектированию изделий они тщательно анализируются и всесторонне исследуются

   Взаимодействие сред определяется их природой и характером связей, действующих по. поверхности раздела этих сред. В качестве иллюстрации приводится определенная, возможно далеко не полная, систематизация характера некоторых основных связей, возникающих по границам раздела фаз, которая  представлена в таблице 2.2.1Т.

     Многообразные свойства самих фаз не рассматриваются и в данной таблице не приводятся. В ней приводятся только некоторые основные связи с тем, чтобы обратить внимание конструкторов промышленных изделий и производственных материаловедов на их наличие в твердых, жидких и газообразных средах, которые необходимо учитывать и изучать применительно к каждому конкретному изделию и тем условиям, в которых им приходится функционировать. Используя углубленные знания о характере многообразных физико-химических связях взаимодействия твердых, жидких и газообразных сред можно определить состав и свойства внутренних и внешних факторов, действующих в каждом виде изделий.

                                                                                                                 

                                                                                                                              Таблица 2.2.1Т.

   

         Характер основных связей взаимодействия твердых, жидких и газообразных  

                                   тел, возникающих по границам их раздела

 

 

Характер связей

Свойства, на которые влияют связи

Природа возникновения и изменения связей

     Твердое  тело

 

1. Атомарный состав   

    поверхности

 

2.Поверхностные

   электрические  

   свойства

 

3.Энергетические уро-

   вни поверхности

 

 

 

 

 

4. Контактное ваимо- 

    действие двух тел

 

 

5. Эффект Ребиндера

 

 

 

 

6.Поверхностная обра-

    ботка

 

 

Химические свойства

 

 

Адсорбция за счет свя-

зывания электрической

пары

 

 

Физико-химические

свойства поверхности

 

 

 

 

Адгезия и трение

 

 

 

Адгезионное пониже-ние прочности с об-разованием  микротре-

щин в околошовной

зоне.

Физико-химические

свойства

 

 

 

Смещение атомов в кристал-лической решетке.

 

Наличие атомарных ковалент-

ных связей для металлов и

ионных связей для полупро-

дников и изоляторов

 

Нарушение периодичности

кристаллической решетки по

поверхности зоны с высоким

энергетическим уровнем.

 

 

Межмолекулярное взаимоде-

йствие двух разнородных по-

верхностей

 

Образование горячих микро-трещин в околошовной зоне

 аустенитных сталей при попадании

 

Полирование, наклеп, точение

резко меняют структуру и

энергетические уровни по-

верхности.

в нее жидкости

 

       Жидкость

 

1.Поверхностное натя-  

   жение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Ориентация молекул

  в поверхностном слое

 

 

3. Поверхностная акти-

    вность

 

 

4.Энергетическое рас- 

   слоение в смеси

 

 

5. Двойной электричес-

    кий слой

 

 

 

 

6. Наличие краевого

    угла в жидкости

 

 

 

7.Коррозионная, токси-

ческая и радиационная активность

 

          

                 Газы

 

1. Адсорбция газов тве-

    рдыми телами

 

 

2. Газовыделение из по-

    лимерных материа-  

     лов

 

 

3. Газовая конденсация

    на твердых телах

 

 

4. Растворимость газов  

    в жидкостях

 

 

 

Введенное искусствен-

ное понятие для мате-матических расчетов.

Энергия, которую нуж-

но приложить для пре-

дотвращения самопро-

извольного сокращен-ия поверхности жидко-сти за счет взаимного

притяжения молекул

 

Определяет направле-ние силовых полей

 

 

Испаряемость

 

 

 

Физико-химические

свойства поверхности

жидкости

 

Адсорбция жидкости на

твердой поверхности и

химически свойства

жидкости на разделе

фаз

 

Смачиваемость,

 

 

 

 

Коррозионная, токси-

ческая  и радиационная

безопасность

 

 

 

 

Физико-химический состав твердой среды

 

 

Физико-химическая и

механическая стойко-

сть твердых тел

 

 

Состояние поверхности

Твердых тел

 

 

 

Насыщаемость жидкостей газами

 

 

 

Обусловлено силами притя-

жения между молекулами,

их геометрией, ориентацией

на поверхности и числом атомов в них

 

 

 

 

 

 

Полярность жидкости в которой полярные концы на-

правлены внутрь ее

 

Обмен молекулами между

жидкостью и насыщенным

паром

 

Молекулы с большими сило-

выми полями уходят внутрь

смеси

 

Наличие ассиметрии сил в по-

верхностном слое образовы-вает поверхностные заряды,

приводящие к двойному эле-

ктрическому слою

 

Определяется соотношением

между поверхностным натя-

жением жидкости на гра-

нице с твердым телом и газом

 

Определяется характером физико–химического взаимо-

действия

 

 

 

 

Адсорбционная активность

твердой поверхности

 

 

Старение и деструкция полимеров, запыленность га-

зовой среды механическими частицами

 

Температурное и динамичес-кое состояние газовой среды

и поверхности твердых тел

 

Определяется коэффициентом растворимости Генри.

 

2.3. Состав воздействующих факторов

 

  Воздействия внешних и внутренних факторов являются основными видами воздействия на изделия в процессе их функционирования, при которых они должны функционировать с высокой степенью надежности в заданных пределах долговечности.

  Номенклатура, объем и характер внутренних и внешних воздействий не гостирован и четко не регламентирован, в силу чего они определяется и нормируются самими разработчиками изделий или их заказчиками. От полноты этого определения и качественности нормирования величин воздействующих факторов, а также тщательности проведенной отработки и испытаний изделий на функционирование в условиях реального воздействия внешних и внутренних факторов будет зависеть качество изделия.

   Изделие будет иметь наивысшее качество, если воздействие этих факторов будет  наиболее полно учтено, начиная со стадии разработки проекта. В не меньшей степени на качество изделия будет влиять также   производственное и технологическое качество его изготовления.   

   Вопрос определения состава воздействующих факторов является весьма важным для всего цикла создания изделий. В литературе еще мало имеется сведений по систематизации этих воздействий. Анализ работы ряда конструкторских бюро позволяет создать определенную систематизацию внешних воздействий, разбив их на классы, группы и виды. Проведенная попытка такой систематизации представлена в таблице 2.3.1Т.

 

                                                                                                                             Таблица 2.3.1Т

 

                                       Воздействующие факторы на изделия

 

 

       К  л  а  с  с

            Г  р  у  п  п  а

                    В  и  д  ы

 

1.Механические

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

   2.Тепловые

 

 

 

 

 

 

  3. Природные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  4.Климатичечские

 

 

 

 

 

 

 

  5.Биологические

 

 

Механическое воздействие

 

     Колебательные

 

 

 

   

     Ударные

 

 

 

 

Ускорительные

 

 

 

Гидравлические

 

 

Нагрев

 

 

 

 

 

 

Атмосферные

 

 

 

 

 

Стратосферные

 

 

 

 

Космические

 

 

 

 

   

     Грунтовые

 

 

 

Водная среда

 

 

 

Фотосинтезирующие

 

 

 

Не фотосинтезирующие

 

 

 

Беспозвоночные животные

 

 

Позвоночные животные

 

 

 

 

 

 

Статическое,      динамическое, усталостное, резонансное

 

     Функциональная и случайные

      вибрации, акустическое нагружение,

 шум, качка, наклон, крен, дифферент

 

      Механический, сейсмический,  

      гидравлический, аэродинамический,

      взрывной, баллистический,   

        электродинамический

 

Линейное, угловое, вращательное, кариолисовое

 

 

Скорость, давление, гидравлическое

сопротивление течения

 

Аэродинамический, тепловой, трение, пламя, лазерное, световое

 

  

 

 

    

     Давление, температура,

       скорость ветра,

загрязненность, влажность, солнечное излучение, облачность

 

 

Давление, радиация, электромагнитное, гравитационное, температура, солнечная  радиация, озонный слой

 

Космический мусор, метеоритное, солнечная и космическая радиация, гравитационное, электромагнитное

 

 

  

     Сейсмические, снежный покров, 

    ливневые и дождевые потоки,

    химико-биологические агенты

 

Высота волн, разливы и наводнения,

 цунами, хиико-биологический состав, ледовая обстановка

 

Сине-зеленые, водоросли, лишайники,

 

 

Бактерии, миксобактерии, актиноми-цеты, миксомицеты, дрожжи, грибы плесневые,

 

Простейшие, кишечно полостные, черви, моллюски, членистоногие

 

 

Рыбы, земноводные, пресмыкающие,

птицы, млекопитающие

 

 

 

 

 

 

2.4.  Районирование в исполнении техники для различных климатических районов

 

   Климатическое районирование территории СССР и статистические параметры климатических факторов  приведены в ГОСТ  16350 – 80. Сведения, изложенные в данном стандарте используются при установлении тонических требований, выборе  режимов испытаний, правил эксплуатации, хранения, транспортирования всех видов машин, приборов и других технических изделий  предназначенных для эксплуатации в соответствующих климатических районах.

   В качестве основных климатических факторов при районировании территории СССР для технических целей приняты температура и относительная влажность воздуха. Среднесуточная температура воздуха дает представление о величине температуры определенного значения: примерно половина суток температура  ниже, а примерно половину суток – выше среднего суточного значения.

   Характер изменения температуры воздуха во времени определяется случайным процессом и описывается следующим уравнением:  

                                   t ( τ ) = t(τ) + ψ (τ)                                                    ………….            (2.4.1Ф)

где:  t – случайная температура, соответствующая времени  τ,  (оС),

        τ  - время, измеряемое от минус 4380 ( О часов на 1 января) до плюс 4380

             ( 24 часа 31   января) , (ч) ,

        t -  средняя температура, соответствующая времени  τ, (оС),

       ψ -  случайная составляющая температуры, соответствующая времени τ, (оС).

Среднее значение температуры рассчитывается по формуле:

                      t (τ) =Ао +    i Cos ώ τ    +  Bi Sin ώ τ )            ………..              (2.4.2Ф)

где:   Ао – коэффициент численно равный математическому ожиданию средней годовой  

                  температуре о С,

          Аi , Вi  - амплитуды колебаний математического ожидания температуры

                  соответствующего частоте ώ,

Значения величин Ао, A, B, ώ приводятся в стандарте.  

   Случайная составляющая температуры  ψ(τ) распределена по нормальному закону с математическим ожиданием, равным нулю и средним квадратичным отклонением σt , значение которого приведено в таблице стандарта.

    Распределение температуры за год в сумме в некоторых районах отличается от нормального. В стандарте приводятся абсолютный минимум и максимум температур воздуха, абсолютный максимум температуры поверхности почвы, зарегистрированные за весь период наблюдений, и предельные значения годовых максимумов и минимумов температуры воздуха при различной вероятности их появления, рассчитанные методом отклонений от средних значений за длительный период наблюдений (60-80 лет).

    В стандарте приводятся характеристики климатических районов по следующим воздействиям: относительной влажности воздуха, солнечному излучению, атмосферным осадкам, туманам, облачности, снежному покрову, атмосферному давлению, ветру, пыльным бурям, морских акваторий, сочетанием климатических факторов. Для всех приведенных морей даны характеристики по температуре воды и воздуха. По абсолютной и относительной влажности, количеству облаков, скорости ветра, повторяемости пасмурного и светлого  неба, осадков и тумана. Для некоторых морей приведены характеристики опасных и особо опасных , повторяемость и средняя непрерывная.  продолжительность скорости штормового ветра, равная и более 17 м/сек, скорость ветра соответствующая  1-% вероятности. Повторяемость и средняя непрерывная продолжительность видимости, равная и менее 1 миле.

     Государственный стандарт ГОСТ 15150-69 определяет форму исполнения, категории, условия эксплуатации и транспортирования изделий в части воздействия климатических. факторов внешней среды. Изделия предназначаются для эксплуатации, как правило, в одном или в нескольких макроклиматических района, в силу чего стандарт рекомендует изготавливать в климатических исполнениях, указываемых в таблице  2.4.1Т.                                                  

    К макроклиматическому району с умеренным климатом относятся районы, где средняя из ежегодных абсолютных максимумов температуры  воздуха равна или ниже плюс 40о С. а средняя из ежегодных минимумов температуры воздуха равна или не выше минус 45оС.

   К макроклиматическому району с холодным климатом относятся районы, в которых средняя ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха ниже минус 45оС.

   К макроклиматическому району с влажным тропическим климатом относятся районы, в которых сочетание температуры, равной или выше 20оС и относительной влажности, равной или выше 80оС , наблюдается 12 или более часов в сутки за непрерывный период от 2 до 12 месяцев в году.

  К макроклиматическому району с сухим тропическим климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодных абсолютных температур (максимумов) воздуха выше 40оС и которые не отнесены к макроклиматическому району с влажным тропическим климатом.

   К макроклиматическому району с умеренно холодным морским климатом относятся моря, океаны, прибрежные территории в пределах непосредственного воздействия морской волны, расположенные севернее 30о северной широты или ниже 30о южной широты.

   К климатическому району с тропическим морским климатом  относятся моря и океаны, прибрежная территория непосредственного воздействия морской волны , расположенные между 30о северной широты и 30о южной широты.

   В стандарте приводятся нормальные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации и испытаниях, а также определяются требования к изделиям в части видов воздействующих климатических факторов внешней среды и номинальных их значений при эксплуатации. Кроме этого приводятся эффективные значения климатических факторов, условия эксплуатации металлов, сплавов, металлических и неметаллических неорганических покрытий. Определяются требования  при использовании изделий в исполнении для умеренного климата, в районах с тропическим или холодным климатом и на высотах больше, чем нормальная. Приводятся условия при транспортировании изделий  в части воздействия климатических факторов внешней среды.

 

                                             

 

 

                                         

 

 

                                         

                                          Климатическое исполнение изделий                             Таблица 2.4.1.Т

 

 

    Р а й о н ы    э к с п л у а т а ц и и

     Условное

обозначение

изделий

              и з д е л и й

      Русское

 Латинское

Цифровое

 

Изделия, предназначенные для эк-

сплуатации на суше, реках и озерах

 

Для макроклиматического района с

умеренным климатом

 

Для таких же районов с умеренно холодным климатом

 

Для района с влажным тропическим климатом

 

Для района с сухим тропическим климатом

 

Для района, как с сухим, так и с влажным тропическим климатом

 

 

 

Для всех макроклиматических районов на суше, кроме макроклиматического района с

очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение)

 

Изделия предназначенные для эксплуа-тации в макроклиматических районах с

                 морским климатом

 

Для макроклиматического района с умеренно

холодным морским климатом

 

Для района с тропическим морским климатом

в том числе для судов каботажного  плавания

ли иных, предназначенных для плавания

только в данном районе

 

Для районов, как с умеренно холодным, так

  и с тропическим морским климатом,  том

  числе  и для судов неограниченного района

   плавания

 

Изделия предназначенные для эксплуатации

во всех макроклиматических районах  на суше и на море, кроме макроклиматического

района с очень холодным климато

 

 

 

 

 

         У

 

 

          УХЛ

 

 

           ТВ

 

 

           ТС

 

 

            Т

 

 

       

     О

 

 

 

 

 

 

 

         М

 

 

        ТМ

 

 

 

 

 

 

         СМ

 

 

 

 

          В

 

 

 

 

 

         (N)

 

 

         (NF)

 

 

          ( ТН)

 

 

          ( ТА)

 

 

          ( Т )

 

 

   

      ( U )

 

 

 

 

 

 

 

        ( М )

 

 

        (МТ )

 

 

 

 

 

 

      ( МU )

 

 

 

 

      ( W)

 

 

 

 

 

         0

 

 

         1

 

 

          2

 

 

          3

 

 

          4

 

 

        

       5

 

 

 

 

 

 

 

        6

 

 

        7

 

 

 

 

 

 

         8

 

 

 

 

         9

 

 

Глава 3.  СОСТАВ  КОНСТРУКТОРСКОГО    МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

 

3.1. Система работ в конструкторском материаловедении

 

  Работы в области конструкторского материаловедения, как и в любой другой области деятельности, имеют свою логику построения выполнения соответствующих функциональных операций. Конструктор почти одновременно формирует образ проектируемого изделия и в это же время начинает определяться с теми материалами, которые ему придется использовать в создаваемом изделии, поскольку от их типа будет во многом зависеть эффективность создаваемого изделия. Первичным в этом вопросе являются принятые конструктивно-схемное решение всего изделия, а за этим следует извечный вопрос – из чего будем делать это прекрасное схемно-конструктивное решение?

   После определения облика изделия, первым, что делает конструктор, выдает техническое задание для рекомендации и выдаче ему материаловедами номенклатуры необходимых материалов и их свойств из числа имеющихся или на разработку нового требуемого ему материала. В этом задании особо оговариваются условия воздействия внутренних и внешних факторов на материал. От полноты и достоверности определения их номенклатуры и величин их воздействия во многом будет зависеть эффективность их использования в конструкции. В силу этого данная работа  начата с рассмотрения внешних и внутренних воздействий на изделие, а следовательно и на его материалы.

   Какими бы не были прекрасными рекомендуемые материалы они нуждаются в конструкторской проверке. Это объясняется тем, что даже имеющиеся материалы с известными свойствами требуют такой проверки. Во-первых, потому, что эти воздействия, как правило, отличаются от тех, при  которых определены и выданы свойства материала, а во-вторых, конструктивные особенности использования материала могут существенно повлиять на его заявленные свойства и наоборот.

  Конструктивная проверка является одной из основных составляющих конструкторского материаловедения. Для ее проведения разрабатывается план экспериментально-исследовательских работ, в котором определяется объем, методика проведения исследований и форма образцов для проведения экспериментальной отработки используемых материалов.

   Применительно к обычным, особенно не отличающимся изделиям от предшественников, такие эксперименты в области материаловедения совмещаются с конструктивной отработкой агрегатов и всего изделия на функционирование, путем оценки состояния материалов после завершения опытного функционирования. Для особо важных и принципиально новых изделий разрабатывается специальная программа материаловедческих исследований.

   Подобный подход прекрасно себя показал на государственном уровне, когда в 60-х годах в КБ «Салют» разрабатывалась под руководством генерального конструктора академика В.Н.Челомея первая массовая стратегическая ракета УР- 100 на жидких компонентах топлива амил и гептил. Она должна была, в полностью снаряженном состоянии, находиться на эксплуатации в не отапливаемой и не вентилируемой шахте непрерывно в течение 7-10 лет. Эта ракета в 60 –х - начала 70-х годов представляла собой основной ядерный щит страны наземного базирования.

    В силу этого, вышло специальное постановление ЦК КПСС и СМ СССР, помимо постановления на создания этой ракеты, в котором ставилась задача разработки комплексного плана и проведения исследований, направленных на безусловное обеспечение заданного срока службы, техническая сущность которого находилась именно в области конструкторского материаловедения.

   Такой план был разработан под руководством автора данной работы, в который вошло 216 тем, исполнителями которых были 16 научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро. В итоге было разработано большое число рекомендаций в  области конструкции, применения материалов, изготовления и эксплуатации изделий, совокупность которых, получила в литературе определение, как ампулизация ракет на жидких топливах.

  Ракеты, спроектированные с использованием принципов ампулизации находятся ныне на эксплуатации не в течение 7-10 лет, а вот уже более 30 лет. Это прекрасный пример эффективно приведенных исследований в области конструкторского материаловедения.

    В качестве примера, будут приведены тематические планы по этим и по другим вопросам конструкторского материаловедения, по которым были проведены в КБ «Салют» в разные годы соответствующие экспериментально исследовательские работы в области конструкторского материаловедения.

   Основу этих планов составляли экспериментальные работы и в них входили в очень ограниченном объеме расчетно-теоретические работы. Это объяснялось тем, что конструкторское материаловедение базируется на понимании физико-химических процессов, протекающих в материалах, и конструктора, владеющие большим числом различных расчетных методов в области механики, очень слабо владели и не владеют поныне, расчетными инженерными методами в области расчетного определения физико-химических процессов, протекающих в материалах.

     В силу этого, имеется крайняя необходимость в обучении конструкторов – механиков и производственных материаловедов в провидении ими  физико-химических расчетов в области материаловедения, что  составит основу научного построения конструкторского материаловедения, которое существенно дополнит эмпирически получаемые в нем результаты.   

   Создать научную основу и разработать необходимый учебный материал для этого могут только те ученые, которые обладают хорошей теоретической базой и в достаточной мере знакомы с практическими вопросами использования материалов. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают ученые МГУ различных факультетов.

     Ученые факультета материалов МГУ, совместно со специалистами ведомственных материаловедческих  НИИ, конструкторами и производственными материаловедами, могут явиться центром кристаллизации этих знаний, для их формирования и написания указанных курсов и книг для системного обучения на их основе студентов и производственников.

  Первостепенным в этом вопросе будет находиться системный подход в формировании тематики и определения направленности состава конструкторского материаловедения, в котором основное содержание должно находиться в области инженерных расчетно-теоретических подходов, по аналогии, как это делается, например, на факультете фундаментальной медицины МГУ. В лекционную часть обучения это факультета, например, входит вывод уравнения движения крови по сосудам с осмотическим обменом веществ через стенки сосудов. Что- то похожее должно входить и в конструкторское материаловедение, которое должно быть сформировано на базе МГУ, и входить в состав фундаментального материаловедения.

    В силу сказанного, автор позволяет себе высказать здесь свое видение о материалах и материаловедении. В теории и практике очень редко можно встретить толкования в разделении этих понятий и они, нередко служат синонимами. Вместе с тем, как известно, это принципиально различные понятия.

    Наука о материалах имеет свой предмет, определяемый  изучением способов получения материалов и изучением их структуры и свойств. Материаловедение занимается методами использования материалов в практическом их применении. И та и другая области базируются на одних и тех же исходных инструментальных методах исследования материалов, что и обосновывает подчас совмещение понятия науки о материалах с понятиями материаловедения.

  Наука о материалах состоит из множества специализированных ее составляющих, начиная с теории строения вещества, и использует в получении своих знаний изучение многообразных физико-химических процессов, протекающие в  материалах. Система этих наук представляет собой состав фундаментальных знаний о материалах и этим занимаются ученые различных фундаментальных наук о веществе и материалах.

   Материаловедение, как наука, начала формироваться, в основном, практиками, создающими материальные объекты. Если подходить строго, то ее потребности и вызвали к жизни фундаментальную науку о материалах. Но затем материаловедение, будучи поглощенным своими неотложными практическими делами, существенно отстало в своей научно-теоретической оснащенности и ныне, по существу представляет собой эмпирическую науку. Вместе с тем, материаловедение, как наука, нуждается в существенном поднятии своей научно-теоретической оснащенности в методологической части.

   Ныне материаловедение специализируется применительно к различным областям деятельности и имеет в своем составе, например, техническое, медицинское, биологическое пищевое материаловедение и ряд других специфических разделов материаловедения. Каждое из этих видов материаловедения имеет свою структуру по предметам изучения. Например, в техническом материаловедении сформировались такие отрасли материаловедения. как авиационная, ракетно-космическая, двигателестроения, приборостроения. судостроения и многие другие.  

   Несмотря на специфику конкретного использования и изучения материалов в каждой из них, существует нечто общее, объединяющее их. Оно состоит в общности протекающих физико-химических процессов, протекающих в любых видах материалов и их совместного нахождения в любом изделии техники или биологическом объекте.  Изучение именно основ этих процессов и составляет содержание фундаментального материаловедения.

       Поскольку эта дисциплина включает в себя понятие «ведение», она должна быть направлена на теоретическое обеспечение этого самого «ведения» на фундаментальной научной основе. В наибольшей мере для формирования науки о фундаментальном материаловедении может явиться факультет науки о материалах МГУ и он должен, очевидно, называться не факультет наук о материалах, а факультет фундаментального материаловедения.

    Ознакомившись в  Интернете с тематикой  лекционной деятельности этого факультета и его инструментальной базой, становится очевидным, что этот факультет тематически и представляет собой именно теоретические основы фундаментального материаловедения, а не просто наук о материалах, как он сейчас определяется.

   Основы общего материаловедения читаются в технических ВУЗ,ах и этого вполне достаточно для определенного понимания будущими инженерами общих знаний  о материалах и их месте в системе техники и промышленности. Факультет фундаментального материаловедения должен готовить специалистов именно материаловедов с университетской основой общетеоретических подходов в области исследования  и использования материалов.

    С точки зрения промышленности, крайне необходимо, чтобы этот факультет  готовил не только специалистов исследователей для научно-исследовательских организаций, но и специалистов для материаловедческих подразделений промышленных организаций. с тем, чтобы поднять их теоретический уровень. Для этого не придется существенно менять состав читающегося курса лекций на этом факультете. Необходимо, очевидно, будет несколько их углубить расчетными инженерными методами и дополнить вопросами некоторых особенностей практического использования знаний о материалах, и об основах  практического их применении в различных отраслях, использующих эти материалы.

    У некоторых представителей академической науки, после прочтения данной работы, может сложиться мнение, что изложенное в ней относится к прикладной науке и не может составить объема знаний для фундаментальной науки. Этому, возможному мнению, хотелось бы противопоставить соображение в том, что фундаментализм состоит не только в познании существа материала, но также и в способах их использования, в которых также содержатся общие принципы использования материалов во многообразных видах их технического применения. Практиков в этом вопросе необходимо поднимать до уровня академического понимания того, чем они занимаются, не снижая уровня академической науки, а поднимая уровень науки о материаловедении. И это представителями академических слоев науки не должно  считаться не престижным для них и  не входящим в круг академических знаний. 

    Таковы взгляды, насколько они не казались бы самонадеянными, специалиста, проработавшего несколько десятилетий в области промышленного конструкторского материаловедения в ракетно-космической технике.

    Однако, вернемся к изложению основного содержания данной работы.

   Для составления объемов экспериментальных исследований  и проведения расчетных работ в области конструкторского материаловедения целесообразно представить структурную модель всего изделия, с тем чтобы ввести определенную системность в эту работу.

 

3.2.  Структурная модель воздействия внешней и внутренней среды на изделие

 

  Анализ характера связей, действующих в средах, материалах и на поверхностях их раздела, приведенных в таблицах 2.2.1Т, 2.3.1Т и 2.4.1Т показывает, что на изделие и его элементы в процессе функционирования может воздействовать большое число внешних и внутренних факторов, которые необходимо учитывать при проектировании изделия, определении объемов его отработки и проведении испытаний.

    Действие этих факторов находится в области различных физико-химических процессов и проявляется практически на всех материалах и элементах изделия. Как правило, на один и тот же элемент действует одновременно несколько факторов. Наличие столь большого числа воздействующих факторов и объектов, на которые они воздействуют, требует использования в исследованиях соответствующих приемов с тем, чтобы наиболее полно и всесторонне охватить изучением все выделенные факторы и их воздействие на исследуемые объекты.

  В практике проведения исследований сложных явлений выработался системный метод исследований, в основу которого положен метод моделирования явлений с последующим изучением поведения изделия на моделях.

   Наиболее эффективно можно проводить исследование явлений с использованием математических моделей. Построение таких моделей можно проводить только тогда, когда известно математическое описание процессов протекания исследуемых явлений. В данном случае построение достаточно полной математической модели не представляется возможным в силу отсутствия достоверных аналитических зависимостей, описывающих все многообразие происходящих отмечавшихся процессов.

  Наиболее эффективно в таких случаях будет построение структурной модели изделия, в которой изделие членится на элементы, затем на основании анализа принципов и задач их функционирования, определяют протекающие в них при этом  процессы, и  определяет те физико-химические зависимости, которыми описываются эти процессы.. На этих моделях графически изображается взаимное расположение элементов изделия, внешней и внутренней среды с выделением в них объектов исследований с условными их обозначением.

   Построение моделей осуществляется в следующей последовательности:

-  определяется номенклатура газовых, жидких и твердых сред изделия  и их состав,

- изделие структурно членится на основные элементы, являющиеся разграничителями 

   внешних и внутренних сред, а также определяется перечень элементов, находящихся в 

   каждой из сред,

-устанавливаются объекты исследований, которыми могут являться: элементы,  

  разграничительные среды, элементы, находящиеся в различных средах, а также сами среды,

- определяется перечень внешних и внутренних факторов, действующих на изделие и его   элементы,

- применительно к выделенным элементам и средам устанавливается объем и номенклатура 

  исследований, которые необходимо проводить с тем, чтобы принять наиболее оптимальные

  конструктивно – технологические и материаловедческие решения при разработке изделия  и

  определения объема испытаний при экспериментальной отработке изделий.

Подобная модель была составлена применительно к ранее упоминавшейся ракете.   Использование этой модели, при составлении комплексного плана исследований по обеспечению сроков службы  этой ракеты, оказалось весьма эффективным.

      Абстрагируясь от вида изделия и полагая, что изделие состоит в общем виде из трех сред, можно представить его типовую структурную модель с воздействием на изделие внешней и внутренней среды, как она приведена на Рис.3.2.1Р. В ней выделены основные  элементы изделия, воздействующие среды и объекты исследований. В отношении  агрегатов, ,находящихся в составе изделия, при их структурном моделировании, применим тот же подход с выделением в их составе  рассматриваемых тех же трех сред.

 

3.3. Основные объекты и процессы исследуемые в конструкторском материаловедении.

 

 Анализируя данную модель можно определить объемы и виды исследований, которые необходимо проводить применительно к каждому воздействующему фактору.

На основании опыта проведения подобных работ, выполнявшихся автором в КБ «Салют», применительно к ракетной технике, можно выделить типовые виды и объемы исследований, которые приведены в таблице 3.3.1Т.

  В таблице 3.3.1Т представлен перечень объектов и воздействующих факторов внешней и внутренней среды в системах «изделие- воздействующая среда» и «изделие – время». Внешнее воздействие и внутреннее воздействия в таблице объединены под общим термином «воздействующая среда».  Это объясняется тем, что воздействующие факторы по средам рассматриваются по обобщенной и типизированной модели пригодной для любого изделия. Для конкретного типа изделия будут свои, присущие только им непосредственно воздействующие факторы и среды, находящиеся, в основном, среди трех перечисляемых ранее сред и  рассматриваемых в этой таблице

                                                                                                     

                                                                                                                                     

                                                                                                                               Таблица 3.3.1Т

 

              Объекты и воздействующие факторы внутренней и внешней среды в системах

                         «изделие –воздействующая среда» и «изделие – время»

 

 

Наименование объекта и исследуемого фактора

      О  б  л  а  с  т  и

 

«Изделие –воздействующая 

                  среда»

и  с  п  о  л  ь  з  о  в  а  н  и  я

 

       «Изделие - время»

 

                     1

                             

     1.Внутриемкостные   

             процессы

 

1.1. Газонасыщение жидких  

       продуктов

 

 

1.2.Методы газонасыщения

      и дегазации

 

 

 

 

1.3. Давление в газовых

       подушках

 

 

 

1.4. Коррозипонная актив-

        ность жидкости

 

 

 

1.5 Коррозионная активно-

      сть остатков жидкости

      после ее слива

 

1.7. Физико-химические

       свойства жидкости

 

 

 

2. Внутренняя поверхность

         стенки емкости.

 

2.1. Коррозионная стойко-

       сть стенки

 

 

 

 

2.2. Адсорбция и капилляр-

       ная конденсация жидко-

       сти стенками емкости

 

2.3. Взаимодействие жидких

       продуктов с внутренней

       поверхностью емкости

 

 

2.4. Способы удаления оста-  

       тков жидкости с повер-

       ности стенки емкости

 

 

      3. Материалы стенки

              емкости

 

3.1. Диффузионная прони-  

       цаемость жидкости че-

       рез различные матери-  

       алы

 

3.2. Истечение жидких  про-

       дуктов через неплотно-

       сти материалов

 

 

3.3. Ползучесть, длительная

       прочность и усталость  

      

    4.Наружная поверхность

               емкости

 

4.1.Адсорбция паров жидко-

      сти и других газовых со-

      ставляющих внешней

       газовой среды

 

4.2. Стойкость материалов в  

     парах рабочих жидкостей

 

 

4.3.Газовыделение из неме-

      таллических материалов

 

      

 

4.4 Влагопоглощение мате-

     риалов

 

 

4.5. Стойкость материалов в

     загазованной среде с раз-

      личной влажностью

 

 

4.6. Воздействие природно-

       климатических факто-

       ров

 

 

 5. Газовая среда внутрен-

     них полостей изделия

 

5.1. Состав газовой среды

      внутренних полостей

      изделия

 

5.2.Контроль газового сос-

      тояния среды

 

 

 

 

 

5.3. Влияние состава среды

      на работоспособность

      агрегатов

 

 

6. Элементы в газовой

        среде изделия

 

6.1. Газопроницаемость кор-

       пуса и состав газовой

       среды в элементе

 

6.2. Работоспособность эле-

       мента в газовой среде

 

 

6.3. Теплогазовыделение из

       элемента

 

6.4. Взаимодействие с при-

      родно климатическими

      факторами

 

 7. Корпус изделия

 

7.1.Пыле влаго непроница-   

      емость

 

7.2. Стойкость к внутренним

       газовыделения

 

7.3. Состав выделений изде-

       лием в окружающую

      среду

 

7.4. Воздействие природно

       климатических факто-  

       ров

 

7.5. Механические и иные 

      ненормированные возде-

      йствия  изделия на окру-

     жающую среду.

      

    

                    2                         

 

 

 

 

Общие закономерности и

коэффициенты газона-

сыщения

 

Получение исходных дан-

ных для разработки техпро-

цесса и оборудования для

газонасыщения

 

Исходные данные для рас-

чета на прочность и оптима-

льности функционирования

жидкостного тракта

 

Выбор материала по корро-

зионной стойкости и физи-

ко-химической совместимо-

сти с другими жидкостями

 

 

Возможность образования

коррозионной опасности ее

остатков

 

Влияние на свойства жид-

кости конструктивно техно-

логических параметров из-

делия

 

 

 

 

Влияние на коррозионную стойкость конструктивно-технологических особен-ностей емкостей

 

 

Получение значений коффи-

циентов для расчета норм

герметичности стенками

емкости

Механизм взаимодействия для выбора метода нейтра-

лизации и дегазации изделий

 

Обеспечение возможности

повторного использования

изделия после нейтрализа-

ции и дегазации

 

 

 

 

Определение коэффициен-тов диффузии

 

 

 

Определение эквивалентов

 истечения жидкостей и

контрольного газа для расчета норм герметичности

 

Определение допустимых

уровней напряжений

 

 

 

 

Определение коэффициента

адсорбции для расчета норм

герметичности жидкостных

трактов

 

Выбор материалов

 

 

 

Определение коэффициента

газовыделения для опреде-

ления состава газовой

среды

 

Определение влагоемкости

материалов для расчета вла-

госодержания газовой среды

 

Определение допустимого

снижения характеристик

материалов в зависимости

от состояния среды

 

Работоспособность изделия

под воздействием специфи-

ческих нормированных фа-

кторов окружающей среды

 

 

 

 

Определение степени агрес-

ивности газовой среды к

материалам

 

Выработка требований к си-

стеме контроля газовой сре-

ды

 

 

 

 

Определение требований к

составу газовой среды

 

 

 

 

 

 

Определение фактического

состава газовой среды в

элементе

 

Определение влияния газо-

вого состава на работоспо-

собность

 

Определения состава и количества выделений

 

Определение влияния изде-

лия на окружающую среду

 

 

 

 

Обеспечение герметизации корпуса

 

Влияние газового состава на

работоспособность корпуса

 

Определение влияния изде-

лия на окружающую среду

 

 

Сохранение работоспособ-ности изделия под  воздей-

ствием факторов среды

 

Определение влияния нено-

рмированных воздействий на окружающую среду

                         3

 

 

 

 

Динамика газонасыщения

и дегазация жидкости

 

 

Динмика изменения давле-

ния в газовых подушках

 

 

 

Динамика изменения дав-

ления в газовых подушках

 

 

 

Измемнение коррозионных

процессов во времени

 

 

 

Время возможного хранения

изделия с не слитыми остатками жидкости

 

Изменение свойств жидкости в изделии в процессе его эксплуатации

 

 

 

 

 

 

Влияние времени на корро-зионную стойкость и характер связи продуктов

коррозии со стенкой

 

 

Влияние времени на корро-зионную стойкость

 

 

Определение требований к

оборудованию

 

 

 

Влияние времени хранения

после нейтрализации на ра-

ботоспособность жидкост-

ного тракта

 

 

 

 

Определение загазованности

полостей агрегатов жидко- остного тракта

 

 

Динамика изменения параметров истечения через

микрокапилляры дефектов

 

 

Динамика изменения состо-

яния материала.

 

 

 

 

Обеспечение длительной

герметичности емкостей

 

 

 

Изменение стойкости мате-

риалов во времени

 

 

Динамика газовыделения

 

 

 

 

Динамика влагопоглощения

 

 

 

Изменение стойкости мате-

риалов

 

 

 

Влияние воздействия спе-

цифических факторов окру-

жающей среды

 

 

 

 

 

Динамика изменения газо-

вого состава

 

 

Обеспечение долговечно-сти системы

 

 

 

 

 

Обеспечения качества соста-

ва газовой среды

 

 

 

 

 

 

Динамика изменения газо-вой среды в элементе

 

 

Влияние времени эксплуа-

тации

 

 

Динамическое протекание

процессов

 

Длительность воздействия

на окружающую среду

 

 

 

 

Обеспечение длительной

герметичности

 

Влияние длительности эк-

сплуатации

 

Обеспечение чистоты окру-

жающей среды при эксплу-

атации изделия

 

Влияние продолжительно-

сти воздействия

 

 

Сохранение окружающей среды

 

 

 

 

 

 

Результаты проведенных исследований по этой модели приведены в Выпуске 3  «Научно-технических разработок ОКБ-23 – КБ «Салют», вышедших в издательстве «Воздушный транспорт» в 2006 году и более подробно изложены автором в подготавливаемом к изданию Выпуске 3 этих трудов.

 

3.4. Методы основных физико-химических инженерных расчетов, подлежащие разработке    

         в конструкторском материаловедении.

 

  В данном разделе  в таблице 3.4.1Т приводятся не сами расчеты и их методики, а некоторый их объем желательный для конструктора. Дальнейшее рассмотрение данной работы выявит ряд и других необходимых расчетов, которые будут предложены со стороны ученых в области физикохимии материалов.

 

                                                                                                                                                                                   Таблица 3.4.1Т

 

          Наименование метода расчета

        Возможная  область использования

 

 1.Насыщение различных жидкостей всевоз- 

    можными газами

 

2. Адсорбция и капиллярная конденсация  

     твердыми телами газов и жидкостей

 

3. Диффузионная проницаемость газов и  

    жидкостей твердыми телами при комнатной

    и повышенных температурах.

 

4. Истечение газов и жидкостей через

    микрокапилляры твердых тел

 

 

5. Газовыделение из органических материалов при различных температурах

 

 

 

6. Излучательные и поглотительные характе- 

     ристики материалов и поверхностей

     твердых тел

 

7. Осаждение и коуголяция твердых частиц в 

    жидкостях

 

8. Триботехническое взаимодействие конта-

     ктных пар в воздухе и в  различных средах

 

9. Пенитрация твердых тел  в полимеры

 

 

 

10. Физико-химическое взаимодействие жид-

      стей с поверхностью твердых тел

 

 

11. Длительная прочность и ползучесть

       материалов

 

12. Физико-химические связи между матрицей

      и наполнителей в композиционных матери-

      аллах

 

13. Упруго вязкое взаимодействие матрицы и

     наполнителя в композиционных материалах

 

14. Трещиностойкость композиционных

      материалов

 

 

15. Остаточные напряжения и деформации

       полимеров и композитов в процессе и

        после отверждения

 

Определение газового состава жидкости для обеспечения безкавитационной работы перекачивающих насосов

Разработка методов удаления и очищения поверхностей твердых тел

 

Насыщение поверхностных слоев газами и жидкостями для определения их влияния на качество поверхностей твердых тел

 

Исходные данные для расчетов степени герметичности изолированных полостей изделий и емкостей.

 

Определение газового состава изолированных полостей изделий и его влияние на работоспособность других материалов, находящихся в данной полости.

 

Определение теплового режима изделий, находящихся в различных средах и аппаратуры в герметичных объемах

 

Предотвращение засорение регулирующей аппаратуры в гидравлических системах

 

Определение сил трения и контактного залипания контактирующих пар.

 

Предотвращение образования остаточных поверхностных следов в уплотнительных материалах

 

Расчет вида и энергии поверхностных связей между жидкостями и смачиваемыми поверхностями

 

Определение сроков службы деталей и изделий

 

Исходные данные для расчета конструкции материала на его микроуровне

 

 

Расчет оптимальной структуры материала на его микроуровне.

 

Оптимизация структуры материала и режимов его отверждения с обеспечением требуемого срока службы материала

 

Оптимизация режимов отверждения

 

 

 

 

 

Глава 4  ОБЪЕМ  И  МЕТОДЫ  СИСТЕМНОЙ  ОТРАБОТКИ   МАТЕРИАЛОВ  И

                ИЗДЕЛИЙ  НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВНЕШНИХ  И ВНУТРЕННИХ  ФАКТОРОВ

 

4.1. Исходные положения в лабораторных стендовых и натурных испытаниях

 

   Известно, что любой конструкционный материал, прежде чем он будет рекомендован для применения в конструкции, проходит комплекс лабораторных испытаний в тех средах, в которых он применяется. Существующие методики испытаний разработаны, главным образом, для оценки свойств самого материала и не оговаривают условий его проверки в натурной конструкции. Это в первую очередь относится к проверке склонности сплава и его сварных соединений к коррозии под напряжением, межкристаллитной коррозии. В отдельных случаях приводится рекомендации по испытаниям на контактную и щелевую коррозию. Однако, данные методики рассматривают только вопросы коррозии агрегатов. В то время как в реальной конструкции должен рассматриваться комплекс вопросов, влияющих на работоспособность всех систем изделия.

  Основные требования по объемам и видам испытаний изделий по определению его долговечности заключаются  в необходимости последовательного выполнения комплекса исследований, включающих проведение лабораторных, стендовых и натурных испытаний.

  Лабораторным испытаниям подвергаются специальные образцы из исследуемых материалов, выполненные в простейших формах в  наибольшей степени, приближающиеся к используемым в конструкции изделий, и проводящихся чаще всего в искусственно создаваемых условиях. Обычно эти условия подбираются с таким расчетом, чтобы ускорить реальный процесс для получения необходимых данных за более короткое время. Это, так называемые, ускоренные методики испытаний.   Назначение лабораторных испытаний состоит в определении всесторонней работоспособности материалов и полуфабрикатов из них, их сварных соединений и защитных покрытий, на основе которых выдаются рекомендации по их применении в конструкции

   Преимущество лабораторных испытаний, по сравнению со стендовыми и натурными, заключается в возможности более широкого изучения влияния тех или иных внешних и внутренних факторов, на работоспособность материала. Применительно к процессам коррозии это влияние температуры, влажности, напряжений, химического состава материала, его структуры и состава внешней и внутренней среды. Более широкие возможности представляются в этом виде испытаний в силу того, что образцы имеют достаточно простую, а зачастую стандартную, форму и они могут быть изготовлены в существенно больших количествах.

  Вместе с тем, многочисленные коррозионные испытания показывают, что оценка коррозионной стойкости и работоспособности конструкционных материалов по результатам только лабораторных испытаний не может быть полной. Это со всей очевидностью показала практика внедрения в 60-х годах на предприятии высоко прочного алюминиевого сплава АЦМ, когда, несмотря на положительные результаты большого числа лабораторных испытаний материала, пришлось отказаться от его применения в конструкции из за выявленной склонности этого сплава к хрупкому разрушению. Указанная особенность была выявлена только при изготовлении и испытании модельного бака, приближающегося к натурной конструкции.

  Стендовые испытания проводятся на конструктивно подобных образцах, учитывающих те или иные конструктивные и технологические особенности в применении в нем материалов, и проводятся, как правило, по ускоренным методикам испытаний. Образцы в таких испытаниях являются более сложной формы, чем образцы для лабораторных испытаний и они изготавливаются в меньших количествах и в них учитываются результаты, полученные при лабораторных испытаниях. Назначение таких испытаний состоит в определении исходных положений для рекомендаций с целью  разработки штатных конструкций.

  Натурные испытания проводятся на натурных изделиях, конструкция которых выбрана по результатам предыдущих испытаний и они проводятся в максимально приближенных условиях, имеющихся при штатной эксплуатации. Однако натурные испытания довольно трудоемки, сложны и дорогостоящи. В силу этого конструктивные и технологические особенности, а также работоспособность материалов и агрегатов необходимо максимально полно изучить в процессе стендовых испытаний материалов и упрощенных модельных конструкций из них.

   Изложенный подход в структурировании видов проводящихся испытаний требует разработки соответствующих рекомендаций по их системному проведению, предусматривающих, с одной стороны, проверку основных элементов конструкции, подвергающихся воздействию внешней и внутренней среды, а, с другой стороны, поэтапную проверку во времени работоспособности материалов и элементов из них, включая конструкции вцелом. 

   Этапность испытаний во времени вытекает также из необходимости определения не только работоспособности, но и сроков надежной службы материалов и изделий. Наиболее оптимальным  вариантом, в этом случае, является 3 этапа по продолжительности испытаний при одинаковых режимах испытаний. При наличии ранее полученных предварительных данных можно ограничиваться на двух этапах, последний из которых проводится на полный срок расчетной продолжительности эксплуатации.

    Лабораторные и стендовые испытания предусматривают проведение определенного объема научно-исследовательских и экспериментальных работ и проводятся поэтапно.

   Например, применительно к воздействию компонентов топлив в ракетной технике, в лабораторных и стендовых испытаниях изучаются:

- скорость общей коррозии,

- влияние воздействия продукта на прочность материала и сварных соединений,

- характер коррозии основного материала  и сварных соединений нм предмет наличия межкри-  

  сталлитной, контактной  и щелевой коррозии,

- длительная прочность и ползучесть материала и конструкции при контакте с продуктом,

- влияние технологических и конструктивных факторов на коррозионную стойкость,

- коррозионная стойкость материала под напряжением,

-  влияние технологических примесей в продукте на его коррозионную активность,

- склонность продукта к осадкообразованию,

- проницаемость продукта через материалы и дефекты в них,

- проницаемость продуктов через микродефекты  в сварных швах.

  Испытания проводятся по методикам, разработанным применительно к конкретной конструкции и условиям его эксплуатации с учетом ранее накопленного опыта подобных испытаний.

   На каждый этап лабораторных и стендовых испытаний поступают не менее трех образцов, за исключением тех видов образцов, по аналогам которых имеются предварительные данные. По таким образцам испытываются два образца на промежуточный и предельный срок эксплуатации.

   Натурные испытания проводятся с целью подтверждения работоспособности изделия, при натурных внешних и внутренних воздействиях, в течении заданного срока службы, установленного на основе ранее проведенных лабораторных и стендовых испытаниях по ускоренным методикам. Кроме того, в ходе этих испытаний уточняются условия эксплуатации, а также проверяется эффективность принятых конструктивных решений в изделии. К основных из них относятся:

- изменение влажности в отсеках изделия и возможности образования в них конденсата влаги,

- газовыделение из материалов,

- сезонное изменение температурно-влажностного режима в отсеках изделия,

- наличие паров компонентов отсеках изделия и агрегатов,

- возможность образование конденсата продукта в дренажных магистралях, характер сезонного изменения давления в емкостях.

 

 

4.2  Общий подход в проведении испытаний по долговечности

 

  С целью обеспечения всестороннего и наиболее полного учета всех явлений, оказывающих влияние на работоспособность материалов и изделия в целом, устанавливаются типовые модели воздействия внешних и внутренних факторов на материалы, аппаратуру и другие сборочные единицы и вцелом на изделие.

   При построении таких типовых моделей рассматриваются: металлы и сплавы, неметаллические материалы и покрытия, резины и резинотехнические изделия, уплотнительные элементы, масла и смазки, компоненты топлива, сборочные единицы топливного тракта, аппаратура и другие сборочные единицы, не контактирующие с топливом и само изделие вцелом. Типовая модель изделия и воздействующих факторов рассматривалась ране в главе 3, раздела 3.2.

  К внутренним воздействующим факторам в первую очередь следует отнести взаимодействие твердых, жидких и газообразных сред, из которых состоит любое изделие. Их состав и свойства в конкретном конструкторском воплощении определяют весь тот объем их исследований, который необходимо проводить с тем, чтобы определить оптимальность функционирования изделия. Особенно следует обратить внимание на линии и поверхности их взаимодействия, ибо на границах раздела фаз в изделии происходят весьма важные процессы, исследованию которых конструкторами еще недостаточно уделяется внимания.

  Номенклатуру и параметры воздействующих факторов рассматривают применительно ко всем стадиям эксплуатации изделия таким, как: транспортирование, хранение в различных условиях и непосредственная работа изделия по назначению.

  Одной из важных характеристик изделий является их долговечность. Обобщенным количественным показателем долговечности является срок службы, определенный по показателю «наиболее слабого звена изделия». Объем испытаний по определению долговечности  выбирается в первую очередь исходя из конструктивных особенностей и внутренних действующих факторов в изделиях, а также от вида и характера внешних воздействий, которые выбираются согласно следующим нормативным документа:

- по условиям эксплуатации, хранения в части воздействия внешних климатических факторов по

   ГОСТ 15150-69,

- по коррозионной агрессивности атмосферы по ГОСТ  9.039 – 74.

- по климатическим условиям в различных климатических зонах по ГОСТ 16350-80.

   Испытания материалов, аппаратуры и  других сборочных единиц и изделия вцелом на воздействие внешних и внутренних факторов проводятся по методикам, приведенным в соответствующих государственных и ведомственных стандартах, которые приводятся далее по тексту. При их отсутствии необходимо разрабатывать свои программы и методики, некоторые из которых, разработанные в ЦКБМФ1 и использовавшиеся  при отработке долговечности ракеты УР-100, приводятся также далее по тексту.

 

4.3. Испытание металлов и сплавов

 

   Свойства металлов и сплавов, подлежащих проверке до и после экспозиции на воздействие внешних и внутренних факторов, определяются из числа приведенных в таблиц 4.3.1Т в зависимости от назначения и вида использования материалов в конструкции. Объем и виды испытаний можно устанавливать в соответствии с таблицей 4.3.2Т.

              

 

 

 

 

                                                                                                                      Таблица 4.3.1Т

                             Испытания по определению механических свойств металлов и сплавов

 


                      

                       В и д    и с п ы т а н и й                                               М е т о д   и с п ы т а н и й

 


1. Испытания на растяжение                                                               ГОСТ 1497 – 73

 

2. Испытания тонких листов и лент                                                   ГОСТ 11701 – 66

 

3. Испытания на перегиб                                                                     ГОСТ 13813 – 68

 

4. Испытания на ударный изгиб при пониженной                           ГОСТ  9454 – 78

    и комнатной     температуре

 

5. Испытания на выдавливание листов и лент                                  ГОСТ 10510 – 80

 

6. Испытания на усталость                                                                  ГОСТ 2860 – 65

 

7. Испытания на длительную прочность и ползучесть                     ГОСТ 10145 – 81

                                                                                                                 Раздел 15.14

8. Испытание сварных соединений                                                     ГОСТ 6996 - 66

 

9. Испытания по определению ударной вязкости на                          По методике

     образцах с дефектом и без них                                                          разработчика

 

10. Испытания по определению характера вязкости                                 То же

       разрушения   массивных полуфабрикатов  и листо

 

11. Испытание на сжатие                                                                               То же

 

 

    

 

                                                                                                                                      Таблица 4.3.2

                                                           Виды испытаний металлов и сплавов

                     

                    В и д    и с п ы т а н и й                                                М е т о д   и с п ы т а н и й

 

1. Испытания на атмосферную коррозию на                                          ГОСТ  17332 - 71

     климатических станциях 

 

2. Испытание на общую коррозию магниевых сплавов                         ГОСТ  9.020 – 74

 

3. Ускоренные испытания алюминиевых сплавов на                            ГОСТ  9.017 - 74

     общую коррозию

 

 

                                                                                                      

 

4. Ускоренные испытания на общую коррозию                                        ГОСТ  9.017 – 74

 

5. Испытания  на коррозионное растрескивание                                      ГОСТ  9.019 - 74 

    алюминиевых сплавов

 

6. Ускоренные испытания на расслаивающую                                         ГОСТ  9.018 – 82

      коррозию алюминиевых сплавов

 

7. Ускоренные испытания на межкристаллитную                                   ГОСТ  9.021 - 74

     коррозию алюминиевых сплавов

 

8. Ускоренные испытания на атмосферную коррозию                            ГОСТ  9.012 - 73

     металлических и неметаллических неорганических

     покрытий

 

9. Испытания на межкристаллитную коррозию                                        ГОСТ  6032 - 84                                                

    ферритных, аустенитно-мартенситовых, аустенитно-

     ферритных и аустенитных коррозионно стойких

    сталей и сплавов на железоникелевой основе

 

10. Испытания на климатические и другие природные и                    По методикам разра-                            

      биологические воздействия, изложенные в Главе 1                       ботчика с учетом

                                                                                                                    Главы 1 и согласован-

                                                                                                                    ным с заинтересован-

                                                                                                                    ными организациями

                                                                                                                     

11. Коррозионные испытания в среде компонентов                                         То же

 

12. Испытания по определению сорбционной емкости                                    То же

       по парам компонентов

 

13. Испытания по  определению стойкости контактных                                  То же

      пар материалов

 

14. Испытания по определению коррозионной стойкости                               То же

      в среде, загазованной парами компонентов

         

 


4.4  Испытания неметаллических материалов и покрытий

 

  Свойства неметаллических материалов и покрытий, подлежащих определению до и после экспозиции при испытаниях на воздействие  внешних и внутренних факторов определяют из числа приведенных в таблице 4.4.1Т в зависимости от назначения и использования материала, а также вида воздействующего фактора. Объем и виды внешних и внутренних воздействий, на которые необходимо отрабатывать  и испытывать  неметаллические материалы и покрытия можно устанавливать в соответствии с таблицей 4.4.2Т.

   В таблице 4.4.1Т приведены методики испытаний материалов. указанные в таблице под следующими номерами:

3. – конструкционные, уплотнительные, электроизоляционные,

4. – теплозащитные

5. – пенопласты жесткие.

6. – пенопласты эластичные,

7. – ткани, 8, - нити, 9 шнуры и ленты,

10 – покрытия неметаллические, неорганические, лакокрасочные,

11. герметики,

12. клеевые соединения.

                             В таблице приняты следующие условные обозначения:

                        *        - испытаниям подвергаются жесткие материалы

                        **      - испытания проводятся по программам разработчика

                        ***    - испытания проводят по специальнвм требованиям Т.З.

                          -       - испытания не предусматриваются

                                                                                                                                                                                                                

                                                                                                                                           Таблица 14.4.1Т

                          Виды физико-механических свойств неметаллов

 

        Определяемые                               Методы испытаний по видам материалов

             свойства 

       

 М а т е р и а л ы                         3            4           5         6         7           8          9        10         11       12

   

1. Разрушающее напряжен.   ГОСТ    ГОСТ      -          -          -            -          -            -          -          -

    при статическом изгибе    4648-71 тот же

 

2. Разрушающее напряжен.   ГОСТ    ГОСТ      -          -          -           -           -           -          -           -

    при сжатии                         4651-82  то же

 

3. Относительная остаточн.     **          -             -           -          -           -           -           -         -           -

     деформация при сжатии

 

4. Определение плотности    ГОСТ     ГОСТ     -           -          -            -            -          -         -          -

                                                 15139-    тот же

                                                   - 69

5. Разрушающее напряжение ГОСТ    ГОСТ    -           -    ГОСТ       ГОСТ   ГОСТ    -         -          -

    и относительное удлине-   25601-   25601-                      6102-78  162185- 16478-

    ние при разрыве                   -80          -80                          3813-72  69430-     -76

                                                                                                  69430-      -79       69435-

                                                                                                   -79         66112-     -79

                                                                                                  6943-10-     -73   694310-

                                                                                                       79                       -79

6. Поверхностная твердость  ГОСТ        -          -           -          -            -             -           -          -         -

                                                  4670-

                                                    -77

 

7. Неразрушающий контроль  **         ***        -          -          **          -             -           **      ***      **    

    толщины, непроклея

                                                                                                     

 

 


 М а т е р а л ы                       3           4           5          6           7          8         9        10       11         12  

 


8. Адгезия к защищаемой         -            **         -           -            -          -          -       ГОСТ    **          -  

     поверхности                                      ***                                                                15140-

                                                                                                                                          - 78

9. Кажущаяся плотность          **          **      ГОСТ   ГОСТ     **        **       **        **       **        **

                                                                            407-77  тот же

 

 10. Прочность, относитель-  ГОСТ         -            -        ГОСТ      -          -          -           -         -           -      

       ное удлинение при          11262-                               15830-

       растяжении                         -80                                     -78

 

 11. Прочность клеевых              -             -             -             -           -          -          -          -          -    ГОСТ

      соединений при сдвиге                                                                                                                 14760-

      «металл-пластик»                                                                                                                              - 69

 

 12. Прочность при отрыве        -             -              -            -            -          -          -          -          -  ГОСТ    

      соединений «металл-                                                                                                                    14760-

      пластик»                                                                                                                                            69

 

 13. Прочность  при отрыве       -             -              -            -            -          -           -          -         -  ГОСТ 

      соединения  «металл-                                                                                                                   209-75

       резина»                                                                                                                                          411-77

 

 14. Прочность отслаивания       -            -              -            -            -          -           -           -         -  ГОСТ

       соединения «резина –                                                                                                                   9768-

      -резина; – ткань»                                                                                                                               -75

 

 15. Прочность скалывания         -            -              -            -          -         -           -           -         -   ГОСТ

      древесины                                                                                                                                       9624-

                                                                                                                                                                -72

 

 16. Коэффициент темпера-       **         **            **          -          -         -            -          -          -       -   

      туропроводности

 

 17. Коэффициент теплопро-     **         **            **          -          -         -           -           -          -       -

      водности

 

 18. Коэффициент линейно-       **         **            **          -          -         -            -          -          -        -

 

 19 Линейная усадка               ГОСТ     ГОСТ    ГОСТ       -         -          -           -          -           -         -  

                                                 18616-    18616-   20989-

                                                   - 80        -80            -79 

 

 20 Удельная теплоемкость       **           **            **         -          -          -            -           -          -        -

 

 

                                                                                                    

 


          М а т е р и а л ы               3           4           5           6           7           8          9         10        11        12

 


  21. Термостойкость                 -            -           ***       -            -            -          -          ***       -        ***

                                                                                **                                                          **                  **

 22. Удельное объемное        ГОСТ       -            -           -           -            -          -             -          -          -

       электросопротивление  64332—71

 

 23. Электрическая проч-      ГОСТ  ГОСТ    ГОСТ       -           -           -           -           -          -          -     

       ность                                 64333- тот же    тот же  

                                                   - 77

 24 Диэлектрическая про-     ГОСТ    ГОСТ    ГОСТ     -          -           -            -           -         -         -

      ницаемосить и тангенс   тот же   тот же    тот же

      эл. потерь при 1-5 Мг                           

 

 25. То же при частоте          ГОСТ     ГОСТ   ГОСТ      -         -            -           -            -           -        -       

               0,4 – 1 ГГц              тот же    тот же   тот же

 

 26. Коэффициент оптиче-       -          ***          -           -          -            -           -           ***       -        -       

       ского и теплового по-                    **                                                                         **

        глощения

 

 

 


 

                                                                                                                             

                                                                                                                                    Таблица 4.4.2Т

     Виды внешних и внутренних воздействий, на стойкость к которым

                испытываются неметаллические материалы и покрытия

 

              В и д ы     в о з д е й с т в и й

   М е то д   и с п ы т а н и й

 1.  Климатические и другие природные явления, а также биологические воздействия, заложенные в Главе 1.

 

 

2. Старение под воздействием естественных и искусственных климатически факторов

 

3. Стойкость лакокрасочных покрытий в атмосферных условиях

 

4. Ползучесть при растяжении 

 

 5. Химическая стойкость в агрессивной среде                               

По методикам разработчика, согласованным с заинтересованными организациями

 

    ГОСТ  17170 – 71

 

 

    ГОСТ  6992 – 68

 

 

    ГОСТ  18197 – 82

 

    По методикам разработчика с учетом требований

        ГОСТ  12020 - 72

 

 

 

                                                                                           

                          В и д ы     в о з д е й с т в и й

  М е т о д   и с п ы т а н и й

 

6. Стойкость к воздействиям грызунов

 

7. Стойкость к воздействию плесневых грибков

 

 

8. Стойкость в повреждению термитами

 

9.. Микробиологическая устойчивость тканей в почве

 

10. Длительная прочность и предел выносливости при растяжении

 

 

 

11. Ползучесть клея

 

12. Свойства по проницаемости

 

13. Свойства по водопоглощению

 

14. Стойкость к воздействию воды

 

15. Газовыделение из неметаллических материалов

 

 

 

16. Сорбционные свойства

 

17. Стойкость при взаимодействии контактных пар

 

18. Стойкость к парам агрессивных жидкостей

 

19. Стойкость в среде сухого воздуха

 

20. Ускоренное старение материалов и деталей из них

    

    ГОСТ  9057 – 75

 

    ГОСТ  9049 – 75

    ГОСТ  9050 – 75

 

    ГОСТ  9058 – 75

  

ГОСТ  9060 – 7

 

По методике разработчика, согласованной с соответствующими организациями

 

           То же

 

           То же 

 

      ГОСТ  4650 – 80

     

       ГОСТ  21065 – 80

 

 По методикам разработчика, согласованным с соответствующими организациями

 

             То же

 

             То же

 

              То же

 

               То же

 

               То же

 

4.5.   Испытания резин и резинотехнических уплотнительных деталей (РТУД)

 

   Свойства резин и РТУД, подлежащие проверке до и после экспозиции при испытаниях на воздействие внешних и внутренних факторов определяют из числа приведенных в таблице 4.5.1Т в зависимости от назначения,  а также типовых моделей воздействия внешних и внутренних факторов, представленных на Рис. 4.5..1Р. Объем и виды испытаний резин и РТУД при испытаниях на воздействие внешних и внутренних факторов можно устанавливать в соответствии с таблицей 4.5.2Т.                                                                                                                                      

 

 

                                                                                                                                Таблица 4.5.1Т

                           Физико-механические свойства резин и РТУД

 


   В и д  ы    с в о  й с т в                                                               М е т о д    и с п ы т а н и й

 


1. Пластические свойства                                                                      ГОСТ  415  - 75

 

2. Предел прочности и относительное удлинение                              ГОСТ  270 – 75

 

3. Твердость по Шар,у                                                                            ГОСТ  263 – 75

 

4. Температура хрупкости                                                                      ГОСТ  7912 – 74

 

5. Коэффициент морозоустойчивости по эластическому                   ГОСТ  13808 - 79

    восстановлению  при 20% сжатии

 

6. Коэффициент морозостойкости  при 100% растяжении                 ГОСТ  408 – 78

 

7. Коэффициент старения после выдержки  в термостате                  ГОСТ  9.024 - 74

    в воздушной среде

 

8. Прочность связи с металлами                                                             ГОСТ  209 – 75

 

9. Твердость в международных единицах                                             ГОСТ  204003 - 75  

 

10. Стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию                ГОСТ  9.030 - 74

       жидких агрессивных сред по изменению объема

 

11.Относительная остаточная деформация  при постоянной             ГОСТ  9.020 - 74

      Величине сжатия     

 

12. Сопротивление раздиру                                                                    ГОСТ  262 – 69

 

13. Модуль при сжатии                                                                            ГОСТ  9982 – 79

 

14. Относительная остаточная деформация при постоянной               По методике 

       нагрузке                                                                                               разработчика

 

15. Релаксация напряжений                                                                     ГОСТ  9982- 76

 

16. Скорость накопления относительной остаточной                          По методике

       деформации                                                                                        разработчика

 

17. Эластические свойства                                                                       По методике

                                                                                                                     Разработчика

           

 

 

                                                                                                                 

                                                                                                                           Таблица 4.5.2Т 

                               Виды испытаний резин и РТУД

 


        В и д ы   и с п ы т а н и й                                                              М е т о д   и с п ы т а н и й  

 


  1. Климатические, биологические и другие природные                           По методике

     воздействия изложенные в Главе 1                                                          разработчика

 

2. Срок службы уплотнительных деталей подвижного                                  То же

     соединения 

 

3. Равнодействующая температура                                                           ГОСТ  9034 – 74

 

4. Срок службы уплотнительных деталей неподвижного                      ГОСТ  9035 - 74

     Соединения

 

5. Радиальное усилие армированных манжет на приборе РВС               По методике

                                                                                                                         разработчика

 

6. Рабочие свойства в агрегате после эксплуатации                                      То же

 

7. Ускоренное старение армированных манжет                                             То же

 

8. Газовыделение                                                                                               То же

                                                                                                                      с рекомендациями

                                                                                                                         Главы 15

 

9. Сорбционная емкость по парам и рабочим жидкостям                               То же

 

10 Контактное взаимодействие с другими материалами                                 То же

 

11. Стойкость в парах агрессивных жидкостей                                                То же

 

12 Стойкость в сухом воздухе                                                                             То же

 

 

В разрабатываемых программах испытаний необходимо учитывать следующее:

- продолжительность экспозиции при испытании должна соответствовать продолжительности

  эксплуатации  и продолжительности технологического цикла изготовления РТУД с коэффи-

  циентом, определяемым по методике ускоренных испытаний,

- испытания на прочность проводят при максимальных температурах и нагрузках,

- определение усилий открытия или сдвига по моделям Рис. 4.5.1Р  при наиболее низкой

  отрицательной температуре,

- проверку на герметичность проводят при наиболее низких температурах и минимальных

   контактных давлениях.

 

 

 

 

 4.6.  Испытание масел и смазок

 

   Свойства масел и смазок, подлежащих проверке до и после экспозиции при испытаниях на воздействие внешних и внутренних факторов определяются из числа приведенных в таблице 4.6.1Т в зависимости от назначения, а также типовых моделей их использования, представленных на Рис. 4.6.1Р.  Объем и виды испытаний смазок и масел при воздействии внешних внутренних факторов можно устанавливать согласно таблицы 4.6.2Т.

                                                                                                                            Таблица 4.6.1Т.

                        Определение физико-химических свойств смазочных материалов

 


                               В и д  ы   и с п ы т а н и й                                              М е т о д  и с п ы т а н и й

 


                                 М  а  с  л  а

       

1.  Температура застывания                                                                      ГОСТ  20287 – 74

 

 2. Испаряемость в тонкой плене                                                              ГОСТ  7934.1 – 74

 

 3.  Температура вспышки в открытом тигле                                          ГОСТ   4333 – 48

 

4.  Содержание воды                                                                                  ГОСТ  2477 – 65

 

                     С  м  а  з  к  и        

            

 1. Содержание воды                                                                                    ГОСТ  48 – 84

 

 2. Содержание механических примесей                                                   ГОСТ  6479 - 73

                                                                                                                        ГОСТ  1036  - 75

 

 3. Химическая стабильность                                                                       ГОСТ  5334 – 76

 

 4.  Испаряемость                                                                                           ГОСТ  9566 – 74

 

 5. Защитные свойства                                                                                  ГОСТ  9.054 – 7

 

 6. Пусковые свойства при минусовых температурах                            По методике

                                                                                                                       разработчика  

 

 


                                                                                                                                Таблица 14.6.2Т

                                         Виды испытаний смазок и масел

 


                  В и д ы   и с п ы т а н и й                                                    М е т о д   и с п ы т а н и й      

 


                                  М  а  с  л  а

1. Климатические, биологические и иные природные                      По программам          

          воздействия, изложенные в Главе 1.                                               разработчика

 

    2. Кинематическая вязкость                                                                      ГОСТ  33 – 82

 

                                                                                            Продолжение таблицы 4.6.2Т

 

 

  3. Кислотное число                                                                                       ГОСТ  5985 – 79

 

  4. Коррозионное воздействие на металлы                                                  ГОСТ  2917 – 76

 

  5. Работоспособность на пятищариковой машине                                    ГОСТ  - 21466 – 76

 

  6. Стабильность к воздействию кислорода                                                      По методике

                                                                                                                                 разработчика

 

  7. Стабильность к воздействию агрессивных сред                                              То же

 

  8. Устойчивость к  воздействию плесневых грибков                                  ГОСТ  9052 – 75

 

                             С м а з к и

 

 1. Климатические, биологически и иные природные                                      По методике

      воздействия, изложенные в Главе 1                                                             разработчика

 

 2. Эффективная вязкость                                                                                 ГОСТ  9127 – 59

                                                                                                                             ГОСТ  7163 – 84

 

  3. Температура каплепадения                                                                        ГОСТ   6793 – 74

 

  4. Содержание свободных щелочей и свободных органических                ГОСТ  6707 – 76

      кислот

 

  5. Предел прочности                                                                                       ГОСТ  7143 – 73

 

  6. Коллоидная стабильность                                                                           ГОСТ  7142 – 74

 

 7.  Коррозионное воздействие на металлы                                                   ГОСТ  9080 – 77

 

  8. Механическая стабильность                                                                     ГОСТ  10295 – 73

 

  9. Работоспособность на пятишариковой машине на трение                   ГОСТ 21466 – 76

 

 10. Смазывающие свойства                                                                            ГОСТ  9490 – 75

 

  11. Долговечность при высоком скоростном факторе                                По программе

                                                                                                                                 рарабтчика

 

  12. Долговечность твердых смазочных покрытий                                    ГОСТ  11613 – 65

 

   13. работоспособность в подшипниках качения                                        ГОСТ  19865 - 74      

 


                                                                                                       

   14.  Долговечность в работе при высоких температурах                          По методике

                                                                                                                           разработчика

 

    15.  Долговечность при качательном движении                                                То же

 

    16.  Работоспособность в малогабаритном подшипнике                                 То же

            Качения

 

    17.  Долговечность в микро электродвигателях                                                 То же 

 

     18.  Стабильность к воздействию кислорода                                                     То же

 

      19. Стабильность к воздействию агрессивных сред                                         То же

 

      20.  Газовыделение                                                                                     То же с рекоменд-

                                                                                                                            ациями   Главы 15

 

      21.  Сорбционная емкость по парам агрессивных жидкостей                           То же

 

      22.  Стойкость  к парам агрессивных сред                                                           То же

 

      23.  Стойкость в сухой среде                                                                                 То же             

 


                                

4.7.  Испытание агрессивных жидкостей в составе изделия

 

  Объем и виды испытаний агрессивных жидкостей, находящихся в изделии при воздействии внешних и внутренних факторов, устанавливают в соответствии с таблицей 4.7.1Т.

 

4.8. Испытание сборочных единиц, находящихся в контакте с агрессивными

        жидкостями.

 

 Объем и виды испытаний сборочных единиц при воздействии внутренних и внешних факторов устанавливают в соответствии с таблицей 4.8.1Т .

   Испытаниям подвергают сборочные единицы, прошедшие конструкторскую отработку на функционирование, изготовленные по отработанной технологии, соответствующие требованиям технических условий на них и допущенные к  настоящим испытаниям.

   Данный вид испытаний является заключительным, по результатам которых происходит подтверждение установленного срока службы изделия по результатам автономных испытаний образцов материалов, агрегатов и модельных сборок отдельных элементов изделия.  

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                              Таблица 4.7.1Т

 

                            Виды испытаний агрессивных жидкостей

 


            В и д ы   и с п ы т а н и Й                                            М е т о д    и с п ы т а нт и й

 

      1. Химическая совместимость жидкостей с кон-           По методикам разработчика

          струкционными материалами 

 

     2. Взаимодействие жидкости с газом наддува                 То  с учетом рекомендаций

                                                                                                          Главы 15

 

     3. Газонасыщение жидкости в емкостях изделия                       То же

 

     4. Определение состава мехпримесей                                          То же

 

     5. Определение коэффициента диффузии жидкости                  То же

           в металлы

 

     6. Проницаемость жидкости через микрокапилляры                 То же

 

     7. Изменение физико-химических свойств жидкости                То же

         при длительном нахождении в составе изделия

    

 

                                                                                                                           Таблица 4.8.1Т

                                             Виды испытаний сборочных единиц 

 


                    В и д ы   и с п ы т а н и й                                    М е т о д ы   и с п ы т а н и й

 


     1. Испытания на климатические и другие воздейст-     По методикам разработчика

         вия изложенные в  Главе 1 

 

    2. Коррозионная стойкость                                                   То же с учетом Главы15

 

    3. Длительная прочность и ползучесть                                            То же

 

    4. Герметичность под воздействием жидкостей                             То же

 

    5. Коррозионная стойкость при наличие остатков                         То же

        жидкостей в емкостях

 

    6. Коррозионная стойкость емкостей после их                              То же

        Нейтрализации

 

 

 


       

 

4.9. Испытание аппаратуры и других сборочных единиц, не контактирующих

          с агрессивными жидкостями.

 

   Группы испытаний и категории эксплуатации аппаратуры и других сборочных единиц  устанавливаются в соответствии с ГОСТ 15150 -69. Испытания на климатических станциях проводится в соответствии с ГОСТ 17332 – 71.

  Аппаратуру, функционирующую с перерывами, испытывают также с перерывами при сохранении или имитации условий и состояния аппаратуры, продолжительности перерывов. Объем и виды испытаний аппаратуры и других сборочных единиц устанавливают в соответствии с таблицей 4.9.1Т

                                                                                                                               Таблица 4.9.1Т

                                 

                                  Виды испытаний аппаратуры и других сборочных единиц

 


                   В и д ы   и с п ы т а н и й                                          М о т о д ы   и с п ы т а н и й

 


        1. Климатические и другие воздействия согласно           По методикам разработчика

             Главы 1  

 

        2. Газовыделение из сборочных единиц                             То же с учетом Главы 15

 

        3. Прочность и ползучесть элементов                                               То же

 

        4. Газовлажностной режим в герметичной аппаратуре                   То же

 

        5. Стойкость к внешней и внутренней газовой среде                       То же

 

        6. Стойкость в парах агрессивных жидкостей                                   То же

 

        7. Стойкость специальных жидкостей, входящих                             То же

             в состав аппаратуры

 

        8. Стойкость к внешним механическим воздействиям                     То же

 

 

 14.10. Испытаний изделия вцелом

 

   Испытания изделий на воздействие внешних и внутренних факторов подвергаются изделия, изготовленные по отработанной технологии и укомплектованной отработанной аппаратурой. Натурные испытания изделий возможно совмещать с другими видами испытаний каких либо стендовых изделий.

   Объемы и виды испытаний  устанавливаются в соотвестви с таблицей 4.10.1Т

 

                                                                                                         

 

 

 

 

 

                                                                                                                           Таблица 4.10.1Т

 

                               Виды испытаний изделия вцелом

 


           В и д ы     и с п ы т а н и й                                               М е т о д ы   и с п ы т а н  и й

 


1. Воздействие внешних и внутренних факторов                    По методике разработчика

                                                                                                           с учетом Главы 15

 

2. Герметичность емкостей с жидкостями и газами.                           То же

 

3. Газовый состав воздушной среды  в изделии и                                То же

    аппаратуре                           

 

4. температурно-влажностной режим изделия                                     То же                      

 

 

 


Глава 5.  МЕТОДИЧЕСКИЕ    РЕКОМЕНДАЦИИ   ПО  ПРОВЕДЕНИЮ                   

                 \ИСПЫТАНИЙ  МАТЕРИАЛОВ И  РАСЧЕТОВ

 

  В данной главе изложены рекомендации по проведению испытаний, по которым отсутствуют ГОСТы или какие либо систематизированные сведения в литературе. Данные рекомендации являются результатом обобщения многолетней практики проведения подобных испытаний в ЦКБМФ1 – КБ «Салют».

 

5.1. Коррозионные испытания в среде агрессивных жидкостей (АЖ)

 

.1   Целью испытаний является определение коррозионной стойкости металлов, сплавов, аппаратуры, сборочных единиц и изделий вцелом под воздействием АЖ при проведении лабораторных, стендовых и натурных испытаний.

2. Лабораторным испытаниям подвергаются специально изготовленные образцы материалов, сварных соединений и контактных пар для определения сохраняемости механических свойств и стойкости к различным видам коррозии в зависимости от активности среды, ее химического состава, структуры материалов, технологии их изготовления, методов защиты и т. д.

3. При испытаниях определяют соответствующие показатели для каждого вида коррозии. Показатели наиболее распространенных видов коррозии приведен в таблице 5.1.1Т. Критерии стойкости контактных пар определяют в соответствии с методическими рекомендациями настоящей главы.

4. Стендовым испытаниям подвергаются конструктивно подобные образцы и сборочные единицы, находящиеся в контакте с АЖ.  Испытательный стенд для проведения таких испытаний  должен обеспечивать:

- одновременное испытание нескольких сборочных единиц раздельно в паровой и жидкой фазе АЖ путем их установки на специальном коллекторе или в испытательных емкостях,

- накопление и регистрация утечки АЖ  отдельно по каждой сборочной единице, располагающееся в закрытом испытательном объеме,

- автономное снятие с испытаний любой сборочной единицы без нарушения герметичности внутренней полости коллектора путем установки отсечного вентиля на каждом трубопроводе  подачи АЖ к испытываемому образцу,

- герметичность внутренней полости коллектора с обеспечением возможности продувки сухим воздухом перед заправкой его АЖ,

- измерение в процессе экспозиции давления АЖ в коллекторе.

5. Натурным испытаниям подвергают сборочные единицы натурного изделия. находящихся в контакте с АЖ, находящихся в составе изделия или изготовленные специально из штатных элементов. В сборочных единицах, коэффициент заполнения  полостей  с АЖ, должен при испытаниях соответствовать степени заполнения аналогичных штатных единиц.

6. Прошедшие экспозицию образцы подвергаются нейтрализации, а АЖ подвергают анализу на соответствие их своим ТУ, после чего испытуемые образцы проходят проверку на их функционирование. При необходимости из них вырезаются участки материалов для изготовления из них образцов для различного вида испытаний.

                                                                                                                   Таблица 5.1.1Т

 

                                             Показатели коррозии

 


     В и д    к о р р о з и и                                          П о к а т е л ь  к о р р о з и

 


 1 Общая коррозия                                 Изменение массы на единицу площади. Средняя 

.                                                                 скорость коррозии за время t.

 

 

 

 


2. Межкристаллитная                           Потеря мысы. Скорость проникновения по изме-

     коррозия                                            нению электросопротивления

 

3. Коррозионное растрескивание         Стойкость к коррозионному растрескиванию,     

                                                                  выраженная во времени начала появления

 

4. Контактная коррозия                         Поверхностная коррозия в зависимости от ее

                                                                  вида

 

5. Щелевая коррозия                              Коррозия одного металла в зависимости от

                                                                 ее вида

 

6. Питтинговая коррозия                       Глубина и скорость проникновения

 

7. Расслаивающая коррозия                   Поверхностное расслоение

 

8. Коррозионная усталость при            Предельные напряжения. Приводящие к рару-

     различных видах коррозии               шениям на заданной базе циклов.

                                                                   Усталостная выносливость по числу циклов

                                                                   при заданных напряжениях h

 

 

 

5.2.  Определение сорбционной емкости металлических и неметаллических материалов

           по парам АЖ

 

1. Целью испытаний по определению сорбционных характеристик основным конструкционных материалов по парам АЖ является получение экспериментальных значений коэффициента сорбции Кс = А/Cр, где А – сорбционная емкость по парам АЖ, кг/ м2 при данной равновесной концентрации Ср, кг/м2. Коэффициент сорбции используется при расчете норм герметичности емкостей, содержащих АЖ, определении влияния паров АЖ на конструкционные материалы масла и смазки, а также при выборе средств и методов нейтрализации.

2. Испытаниям подвергаются образцы основных металлических и неметаллических материалов, лакокрасочных и иных покрытий. Образцы указанных материалов изготавливают по штатной технологи . Не следует допускать какую либо обработку поверхности образцов, отличающуюся от принятой при изготовлении штатных изделий.

3. Выбор номенклатуры материалов для испытаний производят в зависимости от насыщенности материалами замкнутых объемов изделия. Насыщенность характеризует  величина, равная площади поверхности материала к объему, в котором он размещен. Для испытаний отбирают материалы, имеющие наибольшее значение этого отношения. Суммарное значение поверхности образцов одного вида материала, предназначенного для каждого режима испытаний рекомендуется принимать не менее 0,1 м2.

4.  Испытания по определению сорбционной емкости в замкнутом объеме ( камере) методом замера остаточных равновесных концентраций паров АЖ, определяемых химическим способом. Сорбционную емкость определяют по разности количества АЖ, введенного и оставшегося в воздушной среде камеры, с учетом количества паров АД, отобранного для химического анализа и сорбированного внутренними стенками камеры.

5. Камеры для проведения испытаний изготавливаются из материалов, обладающих минимальной сорбционной емкостью по отношению к парам АЖ, кроме того камера должна иметь минимальную площадь внутренней ее поверхности.

6. Определение сорбционной емкости материалов по парам АЖ производят при температурно-влажностных условиях, максимально приближающимся к натурным условиям нахождения их в составе изделия.

 

5.3.  Проведение испытаний по определению механизма взаимодействия АЖ с металлическими поверхностями

 

1.   Целью испытаний является определение характера и прочности связи АЖ с поверхностью металлических материалов, необходимых для выбора метода полной нейтрализации сборочных единиц, бывших в контакте с АЖ.

2. Определение характера и прочности связи молекул АЖ с металлической поверхностью производится путем определения механизма этого взаимодействия проводимого путем адсорбционной методики и методом инфракрасной спектроскопии. Изучение адсорбции АЖ на алюминиевых сплавах проводят методом объемной адсорбции.

3. Для увеличения удельной поверхности анализируемого материала целесообразно использовать его стружку или крошку, обработанной по принятой штанной технологии, используемой при изготовлении изделии из данного материала.

4. При изучении адсорбции АЖ на алюминиевых сплавах можно использовать в качестве модели γ – окись алюминия, которая имеет структуру и свойства, аналогичные поверхностной окисной пленки алюминиевых сплавов. Один грамм γ - окиси алюминия имеет активную поверхность 36 м2.

 

5.4.  Испытание контактных пар материалов

 

1. Целью испытаний является определение стойкости металлических и неметаллических материалов при контактном их взаимодействии в сборочных единицах изделий под воздействием внешних и внутренних факторов, которые проводятся при лабораторных и стендовых испытаниях.

2. Лабораторным испытаниям подвергают специально изготовленные образцы, конструкция которых аналогична их сочетанию в натурной конструкции в части:

- марки, толщин сочетаемых материалов, вида технологической обработки и формы контактной поверхности,

- покрытий и смазки контактной и наружной поверхности,

- отношения площадей контактирующих материалов,

- удельного давления по площади контакта,

- типа и конструкции стягивающих элементов.

 Указанные требования устанавливаются исходя из того, чтобы характер и вид возможных поражений при испытаниях соответствовал возможным таким же поражениям при натурной эксплуатации штатных изделий.

3. Испытания образцов проводят путем их экспозиции в специальных камерах, в которых имитируют воздействие внешних и внутренних факторов имеющих место при штатной эксплуатации.

4. Критерием сохранения работоспособности контактной пары являются:

- коррозионная стойкость материалов, определяемая с учетом рекомендаций настоящей главы,

- стойкость и сохраняемость покрытия материалов,

- физико-химические и механические свойства материалов,

- коэффициент трения пары,

- отражательная характеристика наружной поверхности,

-электрическое сопротивление и проводимость контактной пары,

- степень шероховатости контактной и наружной поверхности.

5. Стендовые испытания проводят на штатных сборочных единицах при воздействии на них внешних и внутренних факторов с последующим определением рабочих характеристик и проверкой их на функционирование.

 

5.5.  Испытания в среде, загазованной парами АЖ

 

1. Целью испытаний является определение свойств материалов и работоспособности аппаратуры и сборочных единиц в условиях их эксплуатации при нормированной и случайной разгерметизации полостей, заполненных АЖ, проводимых в процессе лабораторных и стендовых испытаний.

2. Испытаниям в среде, загазованной парами АЖ, подвергают материалы, аппаратуру, сборочные единицы наименее стойкие к воздействию паров АЖ, составляющие собой «слабое звено», по результатам испытания которых, обосновывают стойкость всего изделия.

3. Перечень объектов испытаний, входящих в состав «слабого звена», определяют на основании стойкости,  по предварительным испытаниям образцов аналогичных объектов в среде, загазованной парами АЖ.

4. Лабораторные и стендовые испытания проводят путем экспозиции объектов испытаний в специальных камерах, в которых создают среду, загазованную парами АЖ. Перед установкой в камеру и после экспозиции материалы осматривают и оценивают состояние и сохраняемость их физико-химических и механических свойств, а аппаратуру и сборочные единицы проверяют на функционирование.

5. Аппаратуру и сборочные единицы, функционирующие в процессе эксплуатации, подвергают периодическим дистанционным проверкам, не вынимая их из загазованной среды в камерах. Объем и периодичность таких проверок должна соответствовать периодичности и продолжительности таких операций при их штатной эксплуатации.

5. В испытательных камерах необходимо моделировать отношение объема отсека штатного изделия  его поверхности  с учетом нахождения в нем оборудования и приборов. Камеры изготавливают из материалов с покрытиями, применяемых в отсеках штатного изделия.

6. Выбранный уровень загазованности и температурно-влажностной режим в камере поддерживается применением специальных систем, которые одновременно  обеспечивают равномерное распределите паров АЖ по всему объему.

7. Режим проведения испытаний в части времени экспозиции, концентрации паров АЖ, влажности и температуры среды, выбирают в зависимости от следующих факторов:

- разрешающей способности системы газового контроля в камере,

- допустимой величины негерметичности полостей, заполненных АЖ,

- индукционного периода, в течении которого происходит активная сорбция паров материалами и объектами испытаний, находящихся в камере, после которого рост концентрации не будет наблюдаться.

 

5.6.  Испытания по определению газовыделения из неметаллических материалов в 

           процессе эксплуатации изделий.

 

1. Целью испытаний является получение экспериментальных данных по составу и количеству органических и неорганических веществ выделяющихся из неметаллических материалов и лакокрасочных покрытий, находящихся в сухих отсеках изделии. Эти данные необходимы для коррозионной оценки влияния этой среды на работу датчиков СДКЗ и на стойкость материалов, смазок и масел с определением количества необходимого сорбента, для поглощения и очистки атмосферы сухих отсеков.

2. Испытаниям подвергаются неметаллические материалы,  в том числе ЛКП, теплозащитные покрытия, смазки и масла, находящиеся в каждом из сухих отсеков изделия. Выбор номенклатуры материалов, подлежащих испытаниям, проводят исходя из площади поверхности материалов и их насыщенности в данном отсеке.

3. Образцы материалов, предназначенных для испытаний, изготавливают по штатной технологии. Поверхность образцов не рекомендуется подвергать каким либо видам обработки, не предусмотренных штатной технологией.

4. Определение газовыделения из образцов проводят при их экспозиции в камере, в которой поддерживается необходимый температурно-влажностной режим, соответствующий штатной эксплуатации. Продолжительность экспозиции устанавливают в зависимости от времени установления равновесной концентрации органических веществ, выделившихся из объектов испытаний, которое может доходить до 12 месяцев.

5. Состав газовой среды в процессе экспозиции образцов периодически контролируют хроматографическим методом, или иным, каким либо методом, обеспечивающим получение данных о составе газовой среды отдельно по ее компонентам. При подсчете суммарного газовыделения необходимо учитывать количество вещества, поглощенного стенками камеры.

6. На основании полученных экспериментальных данных определяют:

- перечень коррозионно опасных химических веществ в выделившихся продуктах,

- суммарное газовыделение с единицы поверхности или из массы каждого материала во времени.

 

5.7.  Испытания по определению длительной стойкости неметаллических материалов в  

          среде сухого воздуха.

 

1. Целью испытаний является определение изменения физико-химических и механических свойств материалов после длительной их выдержки в указанных условиях. Испытанию подвергаются материалы, находящиеся в сухих отсеках изделия.

2.  Испытания проводят в камерах, в которых поддерживается необходимый температурно-влажностной режим с временем выдержки соответствующим времени эксплуатации, и в частности, времени между регламентными работами на изделии.

3. Перечень физико-химических и механически испытаний до и после экспозиции определяется классом испытываемых материалов.

 

5.8.  Методический подход в ускоренных испытаниях на старение полимерных

           материалов и деталей из них

 

1. Цель испытаний состоит в оценке влияния на работоспособность материалов температурно-влажностного режима, имитирующего реальные условия окружающей среды, путем измерения контролируемых их свойств.

2. Стабильность свойств материалов  при заданных условиях эксплуатации определяется энергией активации процесса старения, которую рассчитывают по результатам экспериментальных данных какого либо контролируемого параметра материала. Этот параметр выбирают из числа одного из эксплуатационных показателей, определяющих работоспособность конкретной полимерной детали.

3. Испытания по определению изменения контролируемых параметров проводят не менее, чем при трех выбранных температурах. За максимальную температуру принимают на 293 К (20оС) ниже температуры размягчения испытуемого материала, определяемой по ГОСТ 12021 – 75. Для термореактивных материалов берут за основу температуру отверждения, определяемую также по этому ГОСТ. За продолжительность испытаний принимается время, в течении которого контролируемый параметр снижается на 25% от его исходного значения.

4. Полученные экспериментальные данные по снижению контролируемого рабочего параметра  наносят на график  в системе координат  [ К – τ] при температурах Т1 , Т2 , Т3, где:

  К = Р/Ро – коэффициент изменения выбранного параметра, τ – время испытаний. На графике проводят прямую, параллельную оси абсцисс, показывающую уровень снижения контролируемого параметра. На этом уровне каждому значению К соответствуют значения температур Т1 , Т2 , Т3    . и продолжительности экспозиции  τ1,   τ2,  τ3.

 

                          К

                                                                                                   Заданный уровень снижения

                                                                                                                                        параметра К

 

 

                                                                                                                                             К = f ( τ1) при Т1

                                                                                                                      

                                                                                                                                                                          К = f2) при Т2

 

                                                                                                                                             К = f3) при Т3

 

 

 

                                                                            τ1           τ2                   τ3                         τ

 

 5. Для расчета энергии активации Е разработчик сборочной единицы определяет или задает допустимый уровень снижения контролируемого параметра. При отсутствии допустимого предела принимается падение этого показателя на 25% и 50%. Энергию активации или температурный коэффициент снижения контролируемого параметра определяют по тангенсу угла наклона прямой, путем графического изображения зависимости продолжительности сохранения контролируемого параметра от температуры в координатах :

                                                         τ1                 1                 1

                                             n   =            -   (           -              )             …………..(5.8.1Ф)

                                                 τ2                 Т2           Т2

или рассчитывают  по уравнению:

                                                              τ1

                                                      n 

                                      Е                     τ 2                                      …………..(5.8.2Ф)   

                                               =   

                                      R             1/ Т1 – 1/Т2

 

6. Зная температуру и влажность имеющие место при эксплуатации и энергию активации, определяют долговечность материала в этих условиях. Для этого используют уравнение  15.8.1Ф.

7. Для проведения стендовых ускоренных испытаний на старение деталей из полимерных материалов используют данные по долговечности материалов, входящих в эти детали. При назначении режимов испытания деталей на старение необходимо принимать во внимание энергию активацию всех материалов, входящих в состав испытываемых деталей. Расчет длительности испытаний производят по минимальному значению полученных энергий активации, отвечающему наибольшей продолжительности воздействия температуры. В отдельных случаях при большом расхождении значений Е допускается проводить испытания раздельно по элементам изделия.

8. Время ускоренного испытания при повышенных температурах относят ко времени натурной эксплуатации при которой допускается изменение параметра, полученного при ускоренных испытаниях, тем самым получают коэффициент А пересчета продолжительности ускоренных испытаний применительно к натурным условиям эксплуатации :

                                                       τускр. при Т ускор

                                           А    =                                                                       ………….(5.8.3Ф)

                                                       τэкспл.при Тэкспл.

5.9. Исследования по образованию и осаждению механических примесей в АЖ.

 

1. Целью испытаний является изучение образования механических примесей, их осаждения а также дисперсного и химического их состава, влияющего на работоспособной самой АЖ и тех агрегатов для которых она предназначена, которое проводится путем лабораторных, стендовых и натурных испытаний.

2. Лабораторные и стендовые испытания, применительно к изучению механическим примесям, проводятся в модельных емкостях, заполняемых АЖ, изготовленных из тех же материалов и по той же технологии, которые используются при изготовлении штатных изделий.

3.В результате испытаний по п.2 в механических примесях определяются: размеры, количество, дисперсный и химический состав, кинетика нарастания в АЖ нерастворимых солей при ее контакте с материалом емкости, в которой она содержится, скорость осаждения, условия, при которых возможна коагуляция и укрупнение осевших частиц, степень очистки АЖ после фильтрации различными фильтрами.

4.В процессе испытаний по п.2 отбирают пробы АЖ с разных уровней экспериментальной емкости, содержащей  АЖ, которая сливается после экспозиции через фильтр с отбором оставшихся мехпримесей для анализа.

4.  Для ускоренного определения склонности к коагуляции механических примесей допускается метод центрифугирования отобранных проб АЖ с мехпримесями, а количество и размер твердых частиц считается под микроскопом в нескольких полях зрения. Химический состав примесей определяется химическими анализами, а также  масс и рентгеноскопией.

5. При натурных испытаниях изделий, содержащих АЖ, при их сливе вначале отбираются первые порции сливаемой АЖ и из нее отбираются пробы для проведения анализов согласно данного раздела, на основании результатов которых производится уточнение результатов, полученных в процессе лабораторных и стендовых испытаний.

 

5.10. Определение коэффициента диффузии АЖ через металлические материалы.

 

1. Целью испытаний является определение возможности и величины диффузионного проникновения АЖ через качественный металл при длительном ее нахождении в емкостях в естественных условиях эксплуатации, путем проведения лабораторных испытаний.

2. Определение диффузионной проницаемости проводят при исследовании образцов сплавов или образцов вырезанных из штатных сборочных единиц изделий, бывших в контакте с АЖ не менее 6 месяцев. Образцы используются из сплошного метала, сварных швов и околошовной зоны. Площадь одного вида образцов должна составлять не менее 0,01 м2.

3. Количество АЖ, продифундировавшего в глубину металла определяют следующим образом:

- определяют количество АЖ, сорбированного на поверхности образца путем его выдержки его в поглотительном растворе с последующим химическим анализом поглотительного раствора на содержание в нем АЖ,

- производят последовательное снятие с образца металла толщиной от 2 до 5 мкм путем его травления с последующим химическим анализом полученного раствора на содержание в нем АЖ.  до полного отсутствия следов АЖ в растворе со снятым слоем металла,

- общее количество продифундировавшего вещества в глубину металла определяют суммированием результатов анализа всех снятых слоев, а по их количеству определяют глубину проникновения АЖ в металл.

4. Величину коэффициента диффузии Д, м2/сек, в металл рассчитывают по следующей формуле:

                                                          М2 π

                                            Д  =                                                                ……………(5.10.1Ф)

        где:                                          S2 Cо τ

   М – масса вещества продифундировавшего в метал за время τ, кг,

   S – площадь поверхности , через которую диффундирует вещество , м2,

   Со – концентрация диффундирующего вещества в поверхностном слое металла, кг/м3,

 Время проникновения вещества определяют по формуле:

 

                                              τ     =       2                                   ………………(5.10.2Ф)

                                                            2Д А22

где: ℓ - толщина стенки, м,

        А = 1 – Схо - опытная величина,

        Сх – концентрация продифундировавшего вещества на глину  Х , кг/м3

 

5.11.  Определение эквивалента проницаемости АЖ через микроканалы

 

1. Целью испытаний является определение эквивалента проницаемости К, определяющий сотвествие между количеством проникшего вещества через микроканал с потоком контрольного газа, проходящего через этом микроканал при проверке изделия на герметичность и имеющего данный микроканал.

2. Коэффициент К определяется по следующей форм

                                            К = Q1/Q2                                                      ………….(5.11.3.Ф)

  где:  Q1- расход АЖ через микроканал, кг/c

           Q2 – поток контрольного газа через микроканал, Вт ( л.мк.рт. ст./с)/

2. Определение эквивалента проницаемости производят экспериментально-статистическим путем при соблюдении формы микроканала в эксперименте, соотвествущей форме реальных микроканалов, образование которых возможно в контролируемом изделии. Образец для имитации микроканала в сварном шве изготавливают путем варки шайбы диаметром 10 – 15 мм в жесткий цилиндрический стакан диаметром 30-50 мм. В этом случае в кольцевом сварном шве сварки шайбы  в жесткое дно металлического стакана возникают большие внутренние напряжения, за счет чего в сварном шве возникают микротрещины, по форме соответствующие реальным дефектам в сварных швах.

 3. В процессе испытаний имитатор течи, изготовленный согласно п.2, помещают в приспособление, в котором имеется две замкнутые полости. В одну из них подается АЖ, а во вторую происходит натекание и накопление истекаемого АЖ через микроканал, который анализируется химическим или колориметрическим способом.

4. Образец выдерживается не менее 20-30 дней с АЖ под давлением, соответствующим штатному давлению, а количество проникшего вещества через микроканал берется суммарное за все время выдержки.

 

5.12.  Проведение испытаний по определению  длительной прочности и ползучести

 

1. Целью испытаний является определение длительной прочности и ползучести сплавов, используемых для изготовления изделий, эксплуатируемых в заданных условиях и сроках службы путем проведения лабораторных и натурных испытаний.

2. Длительную прочность и ползучесть  при лабораторных испытаниях определяют на стандартных образцах в соответствии с ГОСТ 10145 – 81 и ГОСТ 3248 – 81 при нескольких уровнях напряжений и температур. На основании полученных данных, используя принятую параметрическую зависимость, определяют длительную прочность и ползучесть для заданных условий эксплуатации и ее продолжительности.

3. Натурным испытаниям подвергаются образцы, вырезанные из модельных сборок или штатных изделий, проходящих коррозионные испытания или со снимаемых с эксплуатации для периодической дефектации.

 

4. При коррозионных испытании модельных сборок замер деформаций обечаек рекомендуется производить либо гибким тросом, охватывающим ее периметр с установленным на нем измерительным лимбом, или индикаторами, расположенными  в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для дистанционного снятия показаний с индикаторов необходимо снабжать их чувствительными элементами, реагирующими на перемещение стержня индикатора.

 

5.13.  Проверка герметичности сборочных единиц  изделия с АЖ при стендовых и натурных испытаниях.

 

1. Целью испытаний является проверка и установление фактической герметичности сборочных единиц, заполненных АЖ при стендовых и натурных испытаниях при их совмещении с коррозионными испытаниями, по результатам которых оценивается эффективность конструктивно-технологического выполнения изделия.

2. Заполнение модельных сборок АЖ при стендовых испытаниях производится с сохранением соотношения паровой и жидкой фазы, соответствующим натурным объемным условиям и давлениям паровой подушки.

3. Контролируемые места на герметичность  модельных сборок оборудуются местными объемами натекания, в которых периодически замеряется наличие проникших в них паров АЖ. Объем натекания должен иметь два штуцера для отбора проб на анализ либо методом продувки, либо методом вакуумирования. С целью фиксации начала появления паров АД, внутрь объема натекания целесообразно установить высоко чувствительный датчик загазованности для данного вида АЖ с чувствительностью  1.10 -7 – 1.10-6  кг/м3, что соответствует 0,0001-0,005 мг/л.

4. При отборе проб методом продувки один штуцер подсоединяют к поглотительному прибору, а продувку ведут с расходом азота от 3.10-6 до 7.10-5 м3/с (0,2 – 4 л/мин). Количество продуваемого азота должно обеспечивать не менее трех – пятикратный обмен среды в контролируемой полости.

5. При отборе проб методом вакуумирования к контролируемому объему подсоединяют заранее отвакуумированную емкость до давления от 0,133 до 1,33 кПа, в которую залит поглотительный химический реактив, после активного встряхивания его поглотительный раствор анализируют на содержание в нем АЖ.

 

5.14  Исследование коррозионной стойкости  изделия при хранении с несливаемыми

           остатками АЖ и после частичной нейтрализации.

 

1. Целью настоящих испытаний является определение коррозионного состояния изделия на предмет дальнейшего его использования по соответствующим назначениям путем проведения стендовых и натурных испытаний.

2. Стендовые испытания проводят на модельных сборках, предварительно заполненных АЖ с последующим удалением из них АЖ, с оставлением в них не сливаемых остатков АЖ и дальнейшего хранения сборки с остатками АЖ, после чего остатки сливают, а сборку дефектируют. Аналогичной дефектации подвергаются сборки после проведения их частичной нейтрализации, а также штатные изделия.

3. Приведенные рекомендации относятся к тем АЖ,  у которых химический состав паровой и жидкой фазы одинаков. При их различие испытания проводятся раздельно для паровой и жидкой      фазы АЖ.

 

5.15. Определение фактического состава газовой среды в замкнутых полостях

            изделия в  процессе эксплуатации

 

1. Целью настоящих испытаний является определение фактического состава газовой среды

для оценки его влияния  на работоспособность аппаратуры и материалов. находящихся в данной полости, а также на работоспособность датчиком дистанционного контроля загазованности СДКЗ.

2. Определение газового состава производят на штатных изделиях, находящихся на эксплуатации, путем отбора проб из замкнутых полостей во время проведения на них регламентных работ. Отбор проб осуществляется путем прокачки анализируемого воздуха через поглотительный раствор с последующим его анализом на хроматографе.

 

5.16. Методика расчета допустимых норм герметичности полостей заполняемых АЖ.

 

1. Целью расчета является определение норм контроля герметичности сборочных единиц при их изготовлении в зависимости от принятых допустимых норм герметичности изделий при их штатной эксплуатации

2.  Экономически и технически наиболее целесообразно изготавливать изделия с такой степенью герметичности, которая в принципе допускала бы возможность проникновения АЖ из емкостей в определенных количествах за весь срок эксплуатации изделий, и которые не оказывали бы отрицательное воздействие на изделие и его безопасность. К таким воздействиям относятся:

- коррозионное поражение материалов и аппаратуры,

- образование взрывопожароопасных концентраций паров АЖ в воздухе,

- недопустимая массовая потеря АЖ.

3. По принятому наиболее опасному фактору определяется количество возможно допустимого количества истекаемого АД в каждый из изолированных объемов изделия. Для наиболее ответственных изделий и наиболее опасных АЖ можно принять в качестве допустимой величины, образование в воздушной среде замкнутого объема концентрации паров АЖ не превосходящих их санитарной нормы за все время эксплуатации, если они не вскрываются, или межрегламентного периода.

4. Величина допустимой нормы герметичности Qдоп., Вт (л.мк.рт.ст./с)  определяется согласно формулы:

                                                      Q доп. = М/К τ                                ………..(5.16.1Ф)

 

где:  К – эквивалент проницаемости АЖ, кг/Дж (гр/л.мк. рт.ст.),

         М – допустимая масса натекания АЖ, кг.

          τ – время натекания АЖ, с

4. Допустимая масса натекания АЖ в сухой отсек определяется выражением:

 

                                      М = ∆ Мконц. + ∆Мс  + ∆Мв                                             ………..(5.16.2Ф)

где:

        ∆Мконц. – масса АЖ, идущего на создавшие концентрации чистого продукта в отсеке, кг,

        ∆Мв      - масса АЖ, вступающая в реакцию с кислородом и влагой воздуха, кг,

        ∆Мс      - масса АЖ, сорбируемого поверхностью отсека и аппаратурой находящейся в

                        нем,кг

5. Величина допустимой суммарной герметичности по контрольному газу Qдоп. для отсека определяется из выражения (15.16.Ф) и рассчитывается по следующей формуле:

 

                          Qдоп.  = Сдоп.( VсS + КвVτ)/ К τ                                     ……….(5.16.3Ф)

где:

        Сдоп. – допустимая концентрация АЖ для данного сухого отсека, кг/л,

         Кс    - коэффициент сорбции, л/м2,

         V     -  объем сухого отсека, м3 ,

          S     - площадь внутренней поверхности в отсеке, м2,

          Кв   - коэффициент взаимодействия АЖ с кислородом  и влагой воздуха, с-1

 Коэффициенты, входящие в данное выражение, определяются экспериментально.

6. Полученная величина суммарной герметичности отсека распределяется пропорционально площадям входящих в него агрегатов, находящихся под воздействием АЖ и суммарной длины сварных швов, выходящих в данный отсек.       

 

5.17.  Методика расчета необходимого количества сорбента для осушки закрытых

            отсеков изделия.

1. Целью расчета является определение необходимого количества сорбента для поддержания требуемой влажности в  отсеках изделия.

   Количество влаги Wос, кг, которое должно быть поглощено сорбентами – осушителями, определяют из уравнения материального баланса влагосодержания в отсеке:

 

                                         Wос    =  Wвн  ±  Wматер. - Wвозд               ………………..(5.17.1Ф)

где:     Wвн. – внешнее поступление влаги в отсек, кг,

            Wматер. – суммарное влагосодержание материалов в отсеке, кг,

             Wвозд. – требуемое влагосодержание в отсеке, кг.

 

2. Количество сорбента – осушителя Qос., кг, необходимое для поглощение влаги Wос. определяют по формуле:

 

                                       Qос. = Wос./ (αравнов. – αнач.) γ                        …………….(5.17.2Ф)

где:

            αравнов. – равновесное начальное влагосодержание, %

            αнач.     начальное равновесное влагосодержание осушителя, % 

            γ           - относительная величина адсорбции данного сорбента, %.

3. При расчете влажностного режима в отсеке принимают следующие допущения:

- влагосодержание воздуха равномерное по всему объему отсека,

- источники возможного внешнего влагопоступления расположены равномерно по всему объему отсека,

- влагоемкие материалы, располагающиеся внутри отсека, приходят в равновесное состояние за время от 30 до 45 суток, происходящее при соответствующем изменении относительной влажности в отсеках,

- конденсированная влага на наружной поверхности отсека находится примерно в течение 9 месяцев в году,

- капилляры в уплотнительных соединениях наружного контура отсека являются прямолинейными, равномерно расположены вдоль стыков и имеют сечения треугольной формы, равной по высоте микронеплотностей профиля привалочных плоскостей. Шероховатость микронеплотностей определяется согласно ГОСТ 2789 – 73.

 

5.18.  Методика расчета количества сорбента для поглощения газового фона в отсеке

 

1. Целью расчета является определения необходимого количества сорбента для поглощения недопустимого газового фона в замкнутых объемах изделия в процессе эксплуатации.

2. Для поглощения газового фона рекомендуется использовать комбинированный сорбент, представляющий собой смесь 90 % по объеме активного угля СКТ и 10 % активного угля АГ-3 по ГОСТ 20464 – 75, обработанного 8% раствором перманганата калия.

3. При расчете необходимого количества такого сорбента, его минимальную сорбционную емкость  по газовому фону принимают равной α = 1% при равновесной концентрации газового фона в статическом режиме поглощения менее 1.10-7 кг/м3. Толщина работающего слоя сорбента, при которой используется весь его объем, составляет d = 5 мм. Допускается увеличивать толщину сорбента до 10 мм, при условии обеспечения доступа газовой смеси с двух сторон  к поверхности сорбента. При этом установку сорбционных устройств необходимо производить  с зазором 20-30 мм от стенки отсека.

4. Определение необходимого количества сорбента m, кг, для поглощения газового фона за весь период эксплуатации производят по формуле:

 

                                        m  = 100 Смах Vк τ α-1                                  …………….(5.18.1Ф)

где:

         С мах. – суммарная концентрация газового фона в отсеке, кг/м3,

          Vк  - свободный объем отсека, м3,

           α   - минимальная сорбционная емкость сорбента, %

           τ    - время эксплуатации сорбционного устройства, с.

5. Площадь рабочей поверхности  S, м2, сорбента, обеспечивающей наиболее эффективное его использование при статическом режиме поглощения, определяют по эмпирической формуле:

 

                                          S  = m К Vк / χ  h                                          ……………..(5.18.2Ф)

где:

         m = масса сорбента, кг,

        χ  = 385 – насыпная плотность сорбента, кг/м3,

          h  - толщина работающего соя сорбента, м,

          К = 0,025 – 0,03 экспериментальный коэффициент, характеризующий поглощение

                 газового фона в закрытом объеме в статическом режиме.

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                               П Р И Л О  Ж Е Н И Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ

                  РАБОТЫ  ПО КОНСТРУКТОРСКОМУ

                              МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ,

             ВЫПОЛНЯВШИЕСЯ В  60-80-Х  ГОДАХ

                    В   ГКНПЦ им. М.В.ХРУНИЧЕВА

 

 

                              По материалам  Выпуска  4

 

                     «Научно-технические разработки  КБ «Салют»

 

 

                        Составленного доктором технических наук Е.С.КУЛАГА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               

                                                  С о д е р ж а н и е

 

 

1. Введение

2. Комплексные испытания  для обоснования гарантийных сроков………………. 5

     ракеты УР-100  (8К84)

3. Комплекс работ по продлению сроков эксплуатации изделий типа 8К84……… 9

4. Разработка метода озонирования для нейтрализации емкостей «Г»…………     12

     изделий типа «84», «20», «30», «35»

5. Исследование прочностных характеристик сплавов 1201 и 01211…………….. 14

    при длительном контакте с винилом

6. Экспериментально исследовательские работы по отработке коррозионной …..16

     стойкости и обоснования гарантийных сроков эксплуатации изделия «44»

7. Экспериментально исследовательские работы по внедрению в изделие 19Д….19

    амидола, насыщенного продуктом 092

8. Экспериментально исследовательские работы по внедрению ПКМ……………21

    в агрегатах различных изделий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.0.  ВВЕДЕНИЕ

 

   В каркасном конструкторском направлении КБ «Салют», в 60-90 –х годах при переходе предприятия на ракетную тематику, проводился широкий комплекс научно-исследовательских  и экспериментальных работ применительно к различной тематике. Первой из них была разработка конструкции, технологии и оборудования для изготовления корпуса головной части из стеклопластика для ракеты УР-200. Основные сведения об этой работе приведены в Выпуске 1 «Научно-технические разработки ОКБ – 23 – КБ «Салют».

   Вторая, наиболее крупная разработка состояла в разработке методов и средств ампулизации ракеты УР-100, на жидких долгохранящихся компонентах ракетного топлива амил и гептил, а затем детоксикации ракеты-носителя «Протон». Краткое изложение основных полученных результатов по ним вошли в тот же сборник Выпуск 1. Более подробное изложение их содержания и полученных результаты выполненных работ по этим вопросам вошли в Выпуск 3 «Научно-технических разработок ЦКБМФ1 – КБ «Салют», составленного автором настоящего выпуска.

  Затем были развернуты широкие исследования по созданию головных обтекателей и различных агрегатов из ПКМ, некоторые результаты по которым, также изложены в том же Выпуске 1.

    За этими разработками последовал широкий комплекс новых разработок в области поиска новых конструктивных форм корпусов и применения в них новых материалов. Результаты этих исследований использовались в проводившихся плановых разработках  тех или иных корпусов различных изделий. Отчетные материалы по этим исследованиям с обобщением полученных тогда результатов, рассредоточены по подразделениям, а в большинстве своем не сохранились, поэтому в настоящем выпуске собраны оставшиеся материалы по составу некоторых проводившихся исследований, перечень которых приведен в данном выпуске

   Собранный, даже в таком ограниченном виде, материал настоящего выпуска будет представлять собой иллюстрацию того методологического подхода к творческому отношению в разработке корпусов наших изделий, который имел место в те годы.

     Данный Выпуск 4  будет полезен в познавательном отношении для молодого поколения конструкторов, приходящих на смену тем, кто проводил эти исследования и разрабатывал корпуса изделий, составивших гордость и славу нашего предприятия. Этот выпуск должен показать им пример и пути того, как нужно творчески относиться к разработке корпусов новых изделий, которые им предстоит и придется разрабатывать.

  Структура и форма излагаемого материала приводится без изменения тех документов, которые сохранились. Они носят различный характер, поскольку разрабатывались в разные годы и  в разных подразделениях. Сохранение их формы будет служить некоторой иллюстрацией историчности в подходах и формах документов, бытовавших в то время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.0   КОМПЛЕКС РАБОТ  ПО  ПРОДЛЕНИЮ  СРОКОВ  ЭКСПЛУАТАЦИИ

                                                ИЗДЕЛИЙ  ТИПА  8К84

 

  Объем и перечень данных работ был разработан в 70-х годах и являлся исходной базой для разработки в последующие годы конкретных рабочих программ поведения таких работ. На основании их результатов ежегодно продлевались сроки эксплуатации этих изделий.

 

     Наименование    работы

      Назначение  работы

   Объект   исследований

1.0  Исследование сохраняемости свойств материалов изделия в процессе длительной эксплуатации

 


1.1. Анализ металлических материалов и защитных покрытий, неметаллических покрытий, ТЗП, смазок и РТД

на соответствие техническим  условиям каждого типа изделия.

 

 

 


1.2. Исследование характеристик сплава АК-6Т1 по программе №641/19-85

 

 

 

 

 

 

 


1.3. Исследование характеристик сплава АВТ-1.

Решение № 755/А35

 

 

 


1.4. Исследование характеристик материала

В95-Т1

 

 

 

 


1.5. Исследование характеристик сплава АМг6

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка состояния материалов при дефектации изделий, сборочных единиц и комплектующих

 

 

 

 

 

 

 

Оценка состояния материала по результатам:

-механических испытаний,

-испытаний на коррозионное растрескивание,

-ме6таллографических исследований

-замера электрического  сопротивления

 

 

Оценка состояния материала по результатам визуального осмотра и металлографии-ческого анализа

 

 

Оценка состояния материала

по результатам испытаний согласно пункта 1.2.

 

 

 

 

Оценка состояния материала

по результатам испытаний согласно пункта 1.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Частные программы:

№30-00Пр16, №20-00Пр-8, №015—15А20-Пр218, №48-15А20У-0000-Пр-2,№15А20-9700-Пр-1,№3132-15А20-ПМ319,№15А20-6400ПР, №604/1-15А20-Пр-8,№386-0000-Пр28,№805-15А20-Пр219.

 

 

Балка большая

8с816-0610-114

Балка 8с816-6410-29

Плита 8с6410-11

 

 

 

 

 

 

Гайка накидная 16-1-НО3391-60, Тройник  16-1-НО3380-60

 

 

 

Балки 15с301-0510-27,-34,-52.

Подкосы 15с301-0510-5,-6,-26

-28,-37

Профиль 15с301-0510-41

Плита 15с301-0510-49

 

 

Образцы, вырезанные из днища 8с817-2000-0

 

 

 

 

 

1.6.  Исследование характеристик смазок  ВНИИ НП- 279, - 282; ЦИАТИМ-221 по программе №30-00Пр-16

 

 

 

 

 


1.7. Исследование характеристик масла РМ.

Программа 30-00Пр-16

 

 


2.0. Дефектация покупных изделий и сборочных единиц собственной разработки

 


2.1. Дефектация покупных изделий по комплексному плану 15П020. ООКП , методическим указаниям 580-80-987, техническим условиям 15А20-00ТУ.

Частные программы дефекта-

ции покупных изделий на за-

водах изготовителях

 

 

 

 

 

 

2.2 Дефектация сборочных единиц собственной разработки по комплексному плану 15П020, 00КП, а также согласно методическому указанию 580-80-967.

Технические условия 15А20 -00ТУ.

Частные программы:

№20-00Пр8, №3Ф32-15А-20-ПМ319, 15А20-9700-Пр 218,

№604/1-15А20-Пр8, №386Д-

 -0000Пр28 , №48-15А20-

 -0000-Пр2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.0. Исследование прочности и устойчивости емкостей изделий в процессе длительной эксплуатации

 


3.1. Проверка остаточных деформаций ползучести обечаек баков по ТЗ

304/80--8К84-3

 

 


3.2. Измерение остаточных

внутренних напряжений в конструкции емкостей изделий по ТЗ 304/80-8К84-4

 

 

 


3.3. Статические испытания

блоков баков согласно

ТЗ 304/80-8К84-6

 

 

 

 

 


3.4. Исследование образцов

сварных швов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.0. Исследование по пара метрам  «гермети-

чность» и «диффузион-

ная проницаемо-сть» изделия в процессе эксплуатации

 


4.1. Расчет норм герметич-ности по ОСТ92-1526-80

 

 


4.2. Расчет диффузионной проницаемости по ТЗ 580-66,

-108,  580-67-236 согласно программы 580-61-11

 


5.0. Оценка результатов проведенных исследований и анализ возможности продления сроков эксплуатации

 


5.1.Выпуск итоговых отчетов

с заключениями

 

 

5.2. Выпуск итогового отчета по изделию

Оценка состояния смазок по результатам:

-внешнего осмотра при дефектации(цвет, пластичность)

- работоспособность узла

 

 

 

Анализ параметров:

-мех. примеси,

-вязкость,

-кислотность

 

 

 

 

 

 

 

Проводятся  следующие работы:

- оценка состояния покупных изделий при дефектации изделия,

- проверка работоспособности покупных изделий после их длительной эксплуатации и соответствие их характери-стик требованиям ТУ

- оценка состояния покупных изделий при их разборке .

 

 

 

Проводятся работы аналогичные пункту 2.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение осесимметричных деформаций ползучести, развивающихся в результате длительного нагружения ем-костей внутренним давлением

 

Определение уровня внутрен-них напряжений и их возмож-ного влияния на развитее дефектов  в сварных соединениях и на их прочность

 

Получение эксперименталь-ных данных по устойчивости и прочности обечаек баков и исследование структуры  и механических свойств мате-риала в местах разрушения

 

 

Определение механических свойств сварных соединений и околошовной зоны.

Определение дефектов и ис-следование структуры мета-лографическим и рентгено-структурным  анализом дефе-

ктных участков сварного шва и околошовной зоны.

Оценка склонности сплава АМг6 к коррозии под напряжением в компоненте на установках ДП-Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение допустимой негерметичности агрегатов и систем изделия

 

Определение коэффициента диффузии компонентов через реальные толщины материала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продление сроков эксплуатации

 

 

Продление сроков эксплуатации

Привода  8Л652, 1534, ПК

8с816-6324, 15с102К-6324, 8с816-6344-0, 8с817-6344-0.

Клапан обратный 15с101--6324-0.

Блоки разъемов 8с816-4020-0, 8с817-4020-190, 15с101К-  

 -4020-200,

 

Гидросистема РМ.

Электрогидравлический привод

 

 

 

 

 

 

 

 

15Д1, 15Д2, 8Д419, 15Л16,

15Л17, 15Д62, 15Д65, 15Л432

15Л435,15Л66,15Л470,15Л476

15Л479, 15Л482, 15Л472,

15Л474, 15Л485,15Л483.

АУД15131, ГСП 15Л471,

ДПР 15Л561, 8ЛО135М,

15Л174, 15Л175П1, 15Ш14,

РА51, 15Л117, 8Д4.498.071;

086;188, 2СДМ-165А-250,

2СГ-А, ОД-4, ОД-4А, ГД-4И,

УДП-2, ДП-4, 8Х54, 8Х55,

15Я42, подшипники, топливо.

 

Корпуса 15с101-0000-0,

Проставка 15с102К-0000-В2

Дополнительная амортизация

15А20-97-0.

Монтаж агрегатов:

15с101К-6400-0, -5220-0, 15с102К- 6400-0, -5220-0,

15с102К-5230-0.

Монтаж ДУИ -103† ДУИ106.

Привода ВЛ652 и 15Л345.

Мембранный клапан 8с816-

-5100-30, металлизация.

Предохранительные клапаны:

8с816-6324, 6344-0; 8с817-

634-0,  15с102К-6324-0.

Телескопы 15с101К-6320-50,

15с101К-6340-0.

Клапаны прорывные: 8с816-

-6322-0, 8с817-6342-0.

Клапаны обратные:

15с101К-6326, 8с816-6326-0.

Монтаж БКС,

Блоки разъемов: 8с816-180,

8с817-4020-190, 15с101К-4020-200, 15с102К-4010-0,15с101К4503-0.

Бугели: 8с816-0150-60, -70,-

 -80,-90.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Блоки емкостей изделий

 

 

 

 

 

Емкости изделий

 

 

 

 

 

 

Блоки баков

 

 

 

 

 

 

 

Карты, вырезанные из баков согласно ТЗ 580-40; -50,-60,-70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баки и топливные агрегаты и системы изделия

 

 

Топливные агрегаты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Материалы, покупные изделия, сборочные единицы собственной разработки

 

Изделие

 

 

 

 4.0     ОТРАБОТКА МЕТОДА ОЗОНИРОВАНИЯ ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

                    ЕМКОСТЕЙ  «Г»  ИЗДЕЛИЙ «84»,  «20»,  «30»,   «35»

 

 Разработанный метод нейтрализации использовался только при нейтрализации агрегатов при конструкторских испытаниях, в котором применялся лабораторный озонатор. На штатных изделиях отработка метода озонирования проводилась с использованием того же лабораторного озонатора, поскольку промышленных передвижных озонаторов нужной производительности промышленность не выпускала. В силу этого на натурных изделиях этот метод не использовался, несмотря на его высокую эффективность.

 

Наименование работы

  Назначение работы

 Объекты испытаний

Лабораторные

 спытания

 

 

4.1 исследование адсорб-

ционных свойств поверх-

ности по отношению к

продукту

Определение величины ад-сорбции продукта на раз-

различных поверхностях ме-тодами ИК-спектроскопии

Порошок окиси алюминия

Порошок алюминиевый АД1

Стружка сплавов АД1,

  АМг6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. ТЕХНИЧЕСКОЕ   ПРЕДЛОЖЕНИЕ      ПО ДАЛЬНЕЙШЕМУ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ УГЛЕПЛАСТИКОВ  НА  ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРНОГО ПОДХОДА

 

   Данное техническое предложение было сформулировано автором на основе его взглядов, изложенных в Выпуске 3 « Научно-технических разработок КБ «Салют»  до выхода выше приведенной статьи. Публикация статьи, содержащей основу данных технических предложений, по сути, явилась научной  квалификацией и признанием необходимости обсуждения предложений, содержащихся в ней и вошедших составной частью в настоящее предложение.

   До публикации статьи это техническое предложение было рассмотрено и одобрено деканом химфака МГУ академиком РАН В.В.Луниным и он с ним вышел лично к Чубайсу с предложением выделения финансирования со стороны «РОСНАНО» на проведение работ по данному техническому предложению, но получил отказ, который мотивировался тем, что эта работа является НИОКР и этими работами  должно заниматься министерство образования и науки, а РОСНАНО занимается только внедрением. Данное заявление противоречит положению об этой структуре, содержащемуся в Указе президента об ее образования. В этом Указе сформулирована задача РОСНАНО, проводить финансирование в первую очередь именно НИОКР, а потом уже выделять финансирование по внедрению.

    После этого случая дальнейшие работы по реализации данного технического предложения не проводились. Выход статьи, свидетельствует об одобрения  ее содержания столь высоким научным сообществом, а также  показывает  то, что проведение работ по  настоящему техническому предложению является весьма актуальной задачей и работы по нему  целесообразно  и необходимо продолжить..

                                             

 

 

        ТЕХНИЧЕСКОЕ    ПРЕДЛОЖЕНИЕ

                              

                            на  проведение    НИОКР по теме

 

            « Разработка исходных положений формирования теории      

           наноструктурного строения материала и создание углепластика

                       на основе наноструктурного подхода»                            

 

                             Шифр темы - « НАНОВЕЩЕСТВО»

 

Головной исполнитель:  

              исполнители:  Химфак МГУ, Институт прикладной механики РАН,

                                         Институт механики МГУ, Институт физики твердого

                                         тела РАН Черноголовка, Курчатовский институт,

                                         ВИАМ, ОАО «Композит»,  ВНИИСВ г. Тверь 

                                                       ГКНПЦ им. М.В.Хруцничева.                              

                

 

    Вариант для первоначального рассмотрения и обсуждения участниками работы                                                 

 

                                              

                              

                                                   А Н Н О Т А Ц И Я

 

                         Т Е Х Н И Ч Е С К О Г О   П Р Е Д Л О Ж Е Н И Я

 

   

 

   Настоящими техническими предложениями формулируется ряд следующих положений и задач, предлагаемых к разработке.

1.  В области теоретических основ нанотехнологий формулируется ее основное содержание, базирующееся на открытой новой форме наноструктурного строения вещества, и предлагается разработать критериальные подходы в формировании теории наноструктурного строения материалов.

2. В механике композитов, в том числе и нанокомпозитов, предлагается ввести понятия «микромеханики», занимающейся структурной механикой состава композиционных материалов и «макромеханики», занимающейся упруго-прочностными свойствами конструкций из композитов, а также сформулировать предмет исследований и задачи микромеханики.

3. В наноматериаловедении предлагается структурировать наноматериалы по способам использования в них нановещества, введя понятие нанолегированный макроструктурный материал, композиционный  наноматериал и чистый наноматериал в зависимости от процентного содержания нановещества в макровеществе.

4. Показывается, что имеющийся и широко используемый ныне углепластик, является чистым наноструктурным материалом, в котором угольные волокна определяются наноразмерными величинами, и предлагается провести его атомно-молекулярное исследование с целью изучения возможностей и путей повышения свойств угольных волокон, являющихся непрерывными нановолокнами, и изучить возможности и методы повышения свойств углепластикового материала в целом.

5. Предлагается провести теоретическое и экспериментальное исследование возможности наноструктуризации используемого ныне связующего в углепластике, в том числе путем его самосборки из паровой фазы, и создания на его основе нового типа наноуглепластика.

6. Показывается необходимость проведения паспортизации конструкционных наноматериалов всех уже исследованных, а также вновь разрабатываемых, в том числе и по настоящему техническому предложению, различных форм и методов их получения.

7. В материаловедении, предлагается, в качестве определенной систематизации, ввести понятие «видов материаловедения», в частности: технологического, конструкторского и эксплуатационного материаловедения.   Определить их состав, а также методологический подход и предмет их исследований применительно к  их использованию в таких отраслях техники, как авиационной, космической, ракетостроении,  судостроении и т.д., ,

8. В качестве примера, и сохранения опыта в области конструкторского и эксплуатационного материаловедения, предлагается в ГКНПЦ им. М.В.Хруничева обобщить результаты проведенных таких работ по вопросам ампулизации жидкостных ракет на токсичных компонентах и использования углепластиков в ракетной и космической технике.

9. Предлагается провести опытное опробование нанокомпозитов путем изготовления экспериментальных баков из таких композитов применительно к созданию баков ракет с криогенными компонентами.

 

                                     

 

 

 

 

 

 

 

1

        СОСТАВ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ

 

 

 

1.0  Тематический состав НИР и ОКР

 

2.0  Введение

 

3.0  Выполняемая тематика и исполнители

 

4.0  Исходные данные для составления бизнес планов

 

 

 

 

1.0  ТЕМАТИЧЕСКИЙ  СОСТАВ  НИР  И  ОКР

 

 

ТЕМАТИКА  НИР- 

                                    Разработка исходных положений формирования теории              

                                    наноструктурного строения материала и наноматериаловедения с

                                    разработкой методов и подходов в исследовании структуры и   

                                    межфазового взаимодействия в нано материалах.

 

                                         Выходные документы – монографии и лекционные пособия

 

ТЕМАТИКА   ОКР-

                                    Разработка термореактивного связующего наноструктурного 

                                    строения и создание на его основе композита с неприрывным

                                    однонаправленным наполнителем с его опытной проверкой на

                                    конструктивно подобных  экспериментальных образцах

                                    применительно к ракетно-космической технике.

 

                                         Выходные документы – 1. Технические условия или паспорта на

                                                                                         разработанные наноматериалы

                                                                                    2. Технологические регламенты на

                                                                                         получение наноматериалов

                                                                                    3.  Конструктивные  и технологические       

                                                                                         свойства материалов и фрагментов

                                                                                         конструкции из наноуглепластика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.0  ВВЕДЕНИЕ

 

  Корпорация «РОСНАНО» провела Первый международный форум по бурно развивающейся нанотехнологии. Состав тезисов докладов, представленных на нем, позволил системно представить состояние теории и практики современной складывающейся нанотехнологии. На основании проработки тезисов этих докладов, сложилась тематика данного технического предложения на проведение  предлагаемой НИОКР.

   Это рассмотрение показало, что практическое применение полученных знаний о наноструктурах значительно опередила теоретические разработки в этой области, в силу чего теоретические вопросы в данном предложении вынесены на первое место.

    Научно-техническая необходимость проведения выдвигаемых теоретических исследований и разработок приводится в каждой из далее рассматриваемых задач, а экономическая их эффективность будет определяться успехами в разработке каждой из задач данной работы по созданию теории и разработке нового конструкционного композиционного наноматериала.

   Использование нового нанокомпозита, предлагаемого к созданию, найдет широкое применение в авиационной и ракетно-космической технике наряду с существующими и все шире используемыми углепластиками, которые позволяют значительно снизить массу и трудоемкость изготовление таких изделий.

  Данное техническое предложение составлено в качестве его проекта для рассмотрения участниками, после чего, с учетом замечаний и дополнений,  будет выработана окончательная редакция с соответствующими подписями от каждой организации.  Она будет представлена на рассмотрение в «РОСНАНО», совместно с бизнес-  планом по всей теме, составленному на основе исходных данных, представляемых организациями соисполнителями согласно раздела 4.0 настоящего технического предложения.

 

3.0  ВЫПОЛНЯЕМАЯ  ТЕМАТИКА  И  ИСПОЛНИТЕЛИ

 

3.1. Разработка исходных положений формирования теории наноструктурного  

       строения материала.

 

  Последние десятилетия научно-технического прогресса ознаменовались появлением нового, бурно развивающегося направления, получившего определения как  «нанотехнологии».

  Открытие нового вида частиц наноразмерных величин позволило установить, что свойства этих частиц являются весьма специфичными. Атомно-молекулярная структура и свойства их принципиально отличаются от таковых, имеющихся у  обычного вещества, состоящего из таких же химических элементов. Использование этих частиц в качестве добавок к обычным веществам придает им много новых весьма полезных качеств, что предопределило преимущественную связь нового научно-технического направление с  технологическим использованием первых же полученные в нем результатов. Вместе с тем, это является далеко не достаточным в силу чего следует определить следующее.

   К настоящему времени открыта новая форма вещества, находящегося в определенном атомарно-молекулярном строении, характеризующемся наноразмерными величинами, имеющему специфические свойства, существенно отличающиеся от свойств такого же химического состава вещества обычных структурных форм и размеров.

  К настоящему времени получено большое количество наночастиц разнообразной формы и состоящих из различных химических элементов. Накоплены определенные знания по способам их получения и определению свойств множества наночастиц, имеющих различные форы атомно-молекулярного строения, а также по способам их использования. Поднимается вопрос о необходимости составления своей «таблицы Менделеева» для наночастиц. Более правильно, очевидно, было бы формулировать подобную задачу не для «наночастиц», а для «вещества наноструктурного строения».

 

   В настоящем разделе  данной работы предполагается  разработать исходные положения и рассмотреть возможные критериальные подходы в проведении систематизации, охватывающей проблемы, начиная от природы и кинетики процесса самосборки и пакетирования нановеществ и заканчивая созданием  на их основе наноматериалов с определением свойств в зависимости от их структуры и метода использования.

  

Данная работа явится первоначальным этапом в формировании теории наноструктурного строения материала с тем, чтобы по мере ее развития эта теория переросла в науку о «наноструктуризации материалов» и его  атомно-молекулярном строении.

                     

                        Исполнители: 

                                                    Курчатовский институт -

                                                          -  концептуальных подход, а также в                          

                                                           части измерения свойств веществ и материалов

                                                           в том числе нейтронной микроскопией

                                                    Химфак –

                                                         - в части атомно-молекулярного строения и

                                                          измерения свойств веществ и материалов

 

3.2.  Определение состава и структуры наноматериаловедения

 

    Изучением процесса получения материалов для различных видах технических изделий при различных условиях их эксплуатации занимаются ученые в области получения веществ, изготовители материалов, материаловеды, конструктора, технологи и эксплуатационники. Во всех этих областях исследований накоплен и достаточно обобщен большой опыт и многообразные разработанные методы их проведения. Наступает время, когда применительно к наноматериаловедению необходимо начинать проводить такую же работу.

    Применительно к наноматериаловедению, очевидно, при структуризации и рассмотрении свойств таких материалов, целесообразно будет введение следующей  некоторой классификации веществ и материалов.

   Вещества с обычной атомно-молекулярной структурой предлагается определять, как макроструктурные, а вещества наноразмерных величин определять, как наноструктурные вещества.

   Материалы, образованные макроструктурными веществами с добавками наноструктурного вещества, например, до 6%, определять, как нанолегированные материалы. С добавкой в макроструктурное вещество от 6% до 70% наноструктурного вещества определять материал, как нанокомпозит. При наличии в материале более 70% наноструктурного вещества считать его, как наноматериал.

    Применительно к общему материаловедению, в состав которого входит и наноматериаловедение, целесообразно введение понятие «вид материаловедения» по предмету своего изучения, которые применимы ко всем областям материаловедения, таким, например, как авиационное, ракетно-космическое, медицинское, трубопроводного и железнодорожного транспорта и т

 

В процессе выполнения работ по данному разделу будут разработаны критериальные подходы в содержании и структурировании состава материаловедения по областям и видам материаловедения, а применительно к конструкторскому и эксплуатационному материаловедению будет обобщен опыт подобных работ, проведенных в КБ «Салют» при создании ампулизированных жидкостных стратегических ракет.

 

   Обобщение работ в КБ «Салют» по материаловедению применительно к ампулизированным ракетам будет проведено с возможностью его использования применительно к создаваемым изделиям в других областях техники, содержащим токсичные, взрывоопасные или коррозионно активные жидкости.

            

      Исполнители:   ВИАМ  - по авиационному материаловедению

                                              ОАО «Композит» - по ракетному и

                                                    космическому материаловедению

                                               ГКНПЦ    – по конструкторскому и

                                                эксплуатационному материаловедению

 

3.3.  Определение атомарно – молекулярного строения и межфазового  

         взаимодействия в наноструктурированных веществах и материалах.

 

  Накопленные определенные знания в данной области позволяют приступить к их систематизации и тематической обработке по различны направлениям. Выделение состава этих направлений явится первым шагом в формировании упоминавшейся «таблицы Менделеева» для наночастиц.

 

  В данном разделе предполагается получить первые данные по формулированию, рассмотрению и выбору методических подходов в изучении межфазового взаимодействия в материалах, а также   структурировании нановеществ в зависимости от их структуры, химического состава, методов получения, а также областей и способов использования.

 

 Проведенное обобщение и разработка дополнительных методов аналитического расчетов сил межфазового взаимодействия явится исходной базой для механиков в их изучении  упруго – прочностных свойств композиционных материалов, а конструкторам и технологам поможет более систематизировано ориентироваться в новой области, кокой является наноматериаловедение.

 

                                  Исполнитель -    Химфак МГУ

 

3.4.  Исследование и инструментальное определение атомарно-молекулярного   

        строения   угольного волокна, получаемого методом пиролиза и сил  

        межфазового взаимодействия при его нахождении в составе углепластикового

        композита.

 

   Углепластики получили широкое распространение в качестве основного конструкционного материала в авиации и ракетно-космической технике.   Вместе с тем, угольное волокно, полученное методом пиролиза из пан-волокна, имеет ярко выраженное наноструктурное строение с диаметром нановолокон не более 10 нм.

В технической литературе имеются ограниченные сведения по данному вопросу, вс основном в зарубежной литературе.  В  материалах Форума, проведенного в «РОСНАНО», сообщения по данному вопросу вообще отсутствуют.

        В силу этого, существующие углепластики, содержащие угольных волокон в пределах 70%, с полным основанием следует отнести к чистым наноматериалам, и к их изучению следует подходить с позиций исследования нановеществ  и наноматериалов.

 

  В данном разделе необходимо будет получить сведения по атомарно - молекулярному строению угольных волокон, получаемых методом пиролиза, а также изучить межфазовое взаимодействие в углепластике.

 

   Данная работа позволит материаловедам и практикам подойти к углепластикам с новых, принципиально иных позиций, что может позволить изготовителям угольных волокон

еще более усовершенствовать технологию их получения, а производственникам еще больше расширить область и эффективность их использования.

 

             Исполнители:  Химфак МГУ – в части атомно-молекулярного строения

                                       Курчатовский институт – в части измерения свойств

                                       ВНИИСВ г. Перьмь – в части изготовления волокон

 

3.5. Разработка основ механики межфазового взаимодействия в композиционных

       материалах.

 

  В области механики композитов широко разработаны и используются методы изучения упруго-прочностных свойств изделий на основе теории анизотропных структур. Исходной базой для таких исследований и расчетов являются полученные экспериментальные данные по свойствам матрицы, наполнителя и препрегов из них. Аналитические методы их определения отсутствуют, и величины межфазового взаимодействия в таких расчетах мало учитываются.

  В дальнейшей работе  по данному разделу предлагается ввести понятия макро и микро механики композитов. Макромеханика изучает и разрабатывает методы определения упруго-прочностных и динамических  свойств композиционных материалов и изделий из них. Микромеханика изучает упруго прочностные и динамические свойства межфазового взаимодействия в самом материале. Первая дает методы инженерных расчетов изделий из композиционных материалов и необходимую степень их анизотропии в изделии. Вторая должна дать инженерный метод расчеты конструкции самого материала

    В результате выполнения работы по данному разделу необходимо получить аналитический метод определения сил межфазового взаимодействия в композите и инженерный метод расчета оптимального соотношения упруго-прочностных свойств матрицы и наполнителя.

   Наличие такого метода позволит материаловедам и конструкторам более оптимально конструировать сам композиционный материал, прежде, чем конструировать из него изделие.

                                     Исполнител: – ИФТТ РАН Черноголовка

                                                                ИПМ  РАН

                                                               Институт механики МГУ

 

3.6. Теоретическое рассмотрение возможности получения наноструктурированного

       термореактивного полимера

 

  В настоящее время наночастицы получают методом конденсации из паровой фазы или методом механического дробления макроструктурного вещества с последующим их либо компактированием, либо  чаще путем добавки к другим макроструктурным веществам, образовывая тем самым  материал с новыми свойствами.

 Представляет интерес изучить возможность получения органического вещества полностью наноструктурного строения для использования его в качестве термореактивного связующего для композиционного материала.

   Предлагается теоретически рассмотреть такую возможность с тем, чтобы на этой основе провести работы по созданию такого материала путем самосборки при его конденсации из паровой фазы или механическим дроблением отвержденного полимера  с последующим компактированием методом сплавления.

 

 В результате данной работы должно появиться заключение о принципиальной возможности  осуществления такого процесса с техническими рекомендациями по

его проведению  в лабораторных условиях.

 

   При положительном заключении и успешно проведенных лабораторных опытах может появиться возможность получения нового класса наноматериала

                                          

                                                    Исполнитель - Химфак МГУ

 

3.7.  Разработка термореактивного полимерного наноматериала

 

  Предлагается рассмотреть и опробовать два способа получения такого полимера в качестве матрицы композита.

  Первый будет состоять в методе пароконденсации при получении положительного заключения по п. 3.6. а второй путем добавок наночастиц в макроструктурный полимер.

 

  В результате данной работы должна быть разработана методика получения наноструктурированного термореактивного связующего с наработкой его опытной партии для изготовления опытной партии препрега.

 

 При положительных результатах разрабатывается паспорт или технические условия на такой материал.

                                                            Исполнители – ВИАМ

                                                                                         ОАО «Композит»

 

3.8. Разработка метода получения препрега на основе наноструктурированной

       матрицы

 

 Данная работа проводится с использованием наноструктурированного связующего, разработанного согласно  п.3.7,  и наполнителей в виде угольного волокна и высокомодульного полиэтилена с определением его физико-механических и химических свойств.

 

 В данной работе должна быть разработана методика получения препрега с наноструктурированным связующим и наработана опытная партия такого препрега.

 

    Данная работа должна позволить получить технологический регламент изготовления нанопрепрега.

                             

                        

 

                            Исполнители: ВНИИСВ г. Пермь- в части наработки препрега,

                                                       ВИАМ – в части определения физико-механических      

                                                                        свойств препрега,

                                                       Курчатовский институт – в части определения                  

                                                                                         физико -  химических свойств

                                                                                        препрега и композита из него.

 

 3.9.  Опытно-экспериментальное опробование наноуглепластика

 

  Из наработанного препрега по п.3.8. изготавливаются и испытываются  конструктивно-подобные фрагменты и опытная конструкция экспериментального бака применительно к ракетной технике, разрабатываемой  в ГКНПЦ. Номенклатура и форма конструктивно подобных фрагментов будет разрабатываться применительно к выше указанным конструкциям.

 

 В результате проведения данной работы будут отработаны техпроцессы изготовления конструкции ракет из наноуглепластиков, а также  получены прочностные ее свойства и характеристики по герметичности .

 

  Полученные технологические регламенты могут быть использованы не только для ракет, но и для изготовления других типов конструкций из углепластика.

 

                             Исполнитель – ГКНПЦ им. М.В.Хруничева

                                                        ОАО «Композит»

 

 

4.0. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ СВОДНОГО БИЗНЕС-ПЛАНА  

       ПО ВСЕЙ ТЕМЕ

 

 Каждая из участвующих организаций представляет проект исходных данных для составления бизнес плана по всей работе содержащие следующее материалы:.

 

1. Техническое задание, составляемое по установленной форме  данной организацией на

    выполняемую ею работу, с пояснительной запиской к нему.

2. Календарный план выполнения работы по этапам.

3. Перечень и стоимость амортизации используемого имеющегося оборудования

4. Перечень и стоимость вновь приобретаемого оборудования и материалов.

5. Состав и квалификация исполнителей выполняемых работ.

6. Сетевой график с календарными сроками проведения работ

7.Структура  цены и ее величина, привязанная по этапам выполняемых работ.

8. Перечень привлекаемых сторонних организаций с обоснованием необходимости и

    привлечения.

9. Структура цены выполняемых работ сторонними организациями

 

Документы подписывается руководителями организаций и скрепляются печатями

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

Хостинг от uCoz