Климатические воздействия на материалы и технические системы, страница 5

Неодинаковость коэффициентов объемного теплового расширения разных материалов может приводить к плохой работе разъемов из-за неодинаковых тепловых деформаций металла и пластмассовых частей. Низкие температуры сравнительно мало влияют на механические свойства большинства металлов.

В космическом пространстве в зависимости от типа и назначения (т. е. выполняемой задачи) КА может находиться в самых разных условиях, при которых температура его поверхности изменяется в широких пределах. Выше указывались пределы от -100…120^оС до + 120…150^оС. При испытаниях материалов КА такие пределы установлены 4К…(400…500)К. Эти пределы могут изменяться в зависимости от того, куда направляется в своем полете КА – к Солнцу или, наоборот, в сторону внешних границ солнечной системы.

При низких, или как их иногда называют криогенных, температурах – у всех металлов наблюдается тенденция к увеличению хрупкости. Те материалы, которые даже в условиях низких температур сохраняют пластичность и вязкость, что обеспечивает надежную работу конструкций, называются криогенными. Те же, которые эти свойства не сохраняют - называются хладоломкими.

Хладноломкость – свойство ряда материалов при достаточно низких температурах разрушаться хрупко без заметной пластической деформации. На хладноломкость металлов и сплавов влияют:

Ø тип кристаллической решетки,

Ø структура,

Ø размер зерен,

Ø химический состав,

Ø наличие примесей,

Ø технология выплавки и обработки,

Ø состояние поверхности детали,

Ø темп снижения температуры,

Ø скорость деформации.

Критерием для оценки хладноломкости является критическая температура хрупкости (хладноломкости) Т_КРТ, при которой металлы и сплавы из пластического состояния переходят в хрупкое.

Конструкционные металлы и сплавы для низких температур можно условно разделить на четыре группы.

К первой группе относятся металлы и сплавы, имеющие удовлетворительные  пластичность и вязкость при охлаждении до — (50…70)°С. К этой группе относятся, стали перлитного и мартенситного классов.

Ко второй группе относятся металлы и сплавы, выдерживающие охлаждение до — (100…120)°С. Это главным образом стали с содержанием углерода 0,20…0,35%, легированные никелем, хромом, ванадием, молибденом.

В третью группу входят металлы и сплавы, сохраняющие высокую вязкость до — 196°С. К ним относятся: аустенитные нержавеющие стали типа Х18Н10Т, алюминиевые, титановые и другие сплавы.

В четвертую группу входят металлы и сплавы, предназначенные для работы при температурах ниже — 196° С. В эту группу преимущественно входят металлы и сплавы, имеющие решетку гранецентрированного куба: никель, алюминий, медь и их сплавы, некоторые нержавеющие стали.

Нержавеющие стали аустенитного класса сохраняют высокую пластичность и вязкость при температурах до —253°С, а нержавеющие стали переходного и мартенситного классов - до —196°С.

Алюминиевые сплавы типа Д16 и В95 относятся к группе термически упрочняемых. Они и их сварные соединения охрупчиваются при —196°С. Сплавы системы Аl—Mg и их сварные соединения при —253° С пластичны и вязки.

Все титановые α - сплавы и термически обработанные (α+β)-сплавы охрупчиваются при —253° С. Сплав ВТ6 в отожженном состоянии вязок при —196°С и становится чувствительным к надрезу при —253° С. Перспективными для работы при низких температурах являются α -сплавы.

При выборе материалов для конструкций КА необходимо учитывать требования высокой удельной прочности при низких температурах.