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液氮深冷技術(shù)在航空航天中的應(yīng)用

發(fā)布日期: 2020-08-06 內(nèi)容來源于: http:///

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眾所周知,在航空航天工程中,對于其設(shè)備材料的要求非常高,除了選用好的材料外,選擇合適的材料處理方式也是非常關(guān)鍵的,而深冷處理是目前一種較為有效地材料處理方法。航空航天材料深冷處理是指將金屬材料置于低于-130℃的低溫環(huán)境中,經(jīng)過一定的工藝進(jìn)行的材料處理方法,試驗(yàn)表明,深冷處理可以消除大部分航空航天材料的殘余應(yīng)力,提高材料的屈服應(yīng)力、強(qiáng)度、硬度、延伸率以及尺寸穩(wěn)定性等。


一、影響航空航天材料使用壽命及尺寸穩(wěn)定性的主要因素

1、殘余奧氏體的影響

淬火后奧氏體在常溫下不能完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,如D2材料在正常淬火后不能轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體可達(dá)20%,而在350℃以下的回火中,殘余奧氏體的量幾乎不發(fā)生變化,但在航空航天材料的后加工及使用中,如磨削、電加工、高速沖壓中的摩擦發(fā)熱,卻很容易導(dǎo)致殘余奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變,由于新生的馬氏體脆性極大,因而使航空航天材料的耐沖擊性能惡化。

同時(shí),由于奧氏體與馬氏體的容積比不一樣,殘余奧氏體量的不穩(wěn)定將帶來航空航天材料尺寸的不穩(wěn)定,包括線切割定位精度的流失,孔徑垂直度的下降,導(dǎo)致夾線,也包括航空航天材料使用及存放中精度的變化。

航空航天材料的后加工,包括磨削、電加工,其產(chǎn)生的局部高熱均在加工表面,因而會造成航空航天材料表面組織的轉(zhuǎn)變,表面造成的新生馬氏體使航空航天材料表面和韌口的脆性增加,疲勞抗力下降,同時(shí)使航空航天材料的耐磨性降低。過量的磨削及放電,還會造成表面龜裂。


2、殘余應(yīng)力的影響

航空航天材料淬火的殘余應(yīng)力來源于兩個(gè)方面:一為加熱及冷卻不均勻產(chǎn)生的體積應(yīng)力;二為馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織應(yīng)力。這兩種殘余應(yīng)力一般均為拉應(yīng)力,這種殘余拉應(yīng)力的存在降低了航空航天材料的實(shí)際承載能力,也就是降低了航空航天材料的疲勞壽命。殘余應(yīng)力的存在會使航空航天材料受外力作用時(shí),尺寸容易發(fā)生變化。同時(shí),航空航天材料加工過程產(chǎn)生的應(yīng)力重新分布,往往使加工精度不易達(dá)到,嚴(yán)重時(shí)還會造成航空航天材料開裂。


二、深冷處理超深冷處理的機(jī)理

材料在淬火過程中發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變,由于馬氏體的容積比較大,因而在材料內(nèi)部造成很大的壓應(yīng)力,使得奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變與越來越困難,甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)變進(jìn)行不下去,剩余的奧氏體即稱為殘余奧氏體,這是在室溫條件下發(fā)生的變化。如果轉(zhuǎn)變的環(huán)境溫度大幅下降,會導(dǎo)致馬氏體的體積發(fā)生收縮,其對周邊的壓應(yīng)力就會減小,這樣殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變又得以進(jìn)行,深冷處理的機(jī)理就在于此。

一般來講,D2材料室溫條件下淬火會殘留20%的奧氏體,在-196℃超深冷時(shí),其殘余奧氏體量會下降到2-4%,在-80℃一般深冷處理時(shí),仍會保留10%的殘余奧氏體。


三、航空航天材料深冷處理能達(dá)到的效果

1、殘余奧氏體幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,航空航天材料的硬度得到提高(一般可提高1-3HRC);

2、耐磨性提高;

3、殘留應(yīng)力大幅度下降;

4、改善線切割的加工性能,精度(包括定位精度)穩(wěn)定性好,粗切的孔徑垂直度偏差減少,切割大件或薄件不會產(chǎn)生夾線;

5、室溫變化(±20℃)引起的航空航天材料尺寸的線性變化比常規(guī)處理可減少三分之二,有利于航空航天材料高精度尺寸的保持;

6、沖切口的壽命明顯提高,可顯著降低航空航天材料的使用成本。


四、威德杰WDJ液氮發(fā)生器主要性能指標(biāo)


WDJ系列超低溫制冷機(jī)產(chǎn)品,完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán),達(dá)到世界先進(jìn)水平,超低溫-196℃。


制冷機(jī)采用擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的多元環(huán)保制冷工質(zhì);

冷箱采用特有的二次發(fā)泡技術(shù),達(dá)到良好的保溫效果;

制冷系統(tǒng)均采用經(jīng)典可靠的商用壓縮機(jī),部件易獲得;

與傳統(tǒng)斯特林和GM機(jī)相比,制冷機(jī)無需定期維護(hù)、高可靠性、使用周期長。

液化機(jī)具有一鍵開機(jī)-鍵關(guān)機(jī)功能,當(dāng)液氮罐內(nèi)的液氮低于設(shè)定液位時(shí)設(shè)備自動啟動;設(shè)備具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,當(dāng)設(shè)備故障或液氮低于報(bào)警位時(shí)可遠(yuǎn)程告警通知用戶。

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