×
29.05.2018
218.016.5430

СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПРОТИВОМЕТЕОРИТНОЙ ЗАЩИТЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия и может быть использовано для защиты космических аппаратов от микрометеоритов и техногенных тел. Сплав на основе алюминия содержит, мас. %: цинк 5,8-11; магний 1,5-3,5; медь 0,1-3; марганец 0,1-0,5; по меньшей мере один элемент из группы: бериллий, лантан, 0,0001-0,2 каждого, по меньшей мере два элемента из группы: гафний 0,05-1,0, титан, цирконий, хром, 0,05-0,3 каждого, причем при содержании двух элементов выбор осуществляется из группы: титан, цирконий, гафний, необязательно церий, 0,0001-0,2, остальное - алюминий и неизбежные примеси в сумме не более 0,7. Изобретение направлено на повышение сопротивляемости сплавов ударному воздействию. 5 ил., 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным преимущественно для экранов противометеоритной защиты (ПМЗ) космических аппаратов.

Применение различного вида экранов, создающих преграду на пути движущихся баллистических инденторов (микрометеоритов, осколков космического мусора), является одним из способов защиты космических аппаратов.

Взаимодействие индентора с преградой определяется большим количеством факторов: скоростью соударения, размером индентора, временем его соприкосновения с преградой, жесткостью и физико-механическими свойствами материалов преграды и индентора, откольной прочностью материала преграды, трением между индентором и преградой, фазовой диаграммой соударения.

В качестве защитных материалов для ПМЗ используются металлы (сплавы на основе алюминия или титана), керамика, полимерные, абразивные, минеральные, пористые и вспененные материалы, баллистические стойкие ткани, герметики, застывающие в вакууме, жидкости или воздушные прослойки. Для повышения защитных свойств используется композиционная защита, включающая слои, которые функционально являются энергопоглощающими, разрушающими (как правило, жертвенными) и задерживающими. При этом повышение защитных свойств может быть достигнуто повышением свойств основного энергопоглощающего слоя.

Определяющим критерием стойкости материалов при воздействии высокоскоростного индентора является сопротивление удару по результатам баллистических испытаний, в идеальном случае по баллистической предельной зависимости. Критерием защитных свойств материалов на баллистическом режиме в определенной степени может служить энергия пробоя при соударении индентора с плоской преградой. Известно, что уровень защитных свойств, обусловливающих сопротивляемость ударному воздействию, при достаточном запасе пластичности в определенной степени характеризует прочность (твердость) сплавов.

Для орбитальных космических аппаратов особенно важна низкая удельная масса ПМЗ. В связи с этим используются тонкие, 1-3 мм, листы. Сплавы на основе алюминия для ПМЗ привлекательны высокой удельной прочностью.

Сплавы на основе алюминия широко разрабатываются для броневой защиты объектов техники от пуль, снарядов, осколков и др. Используются главным образом высокопрочные сплавы систем Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu.

Прочность (твердость) сплавов систем Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu возрастает с увеличением содержания основных легирующих элементов (Zn, Mg и Cu). Отечественные сплавы 1901 и 1903 системы Al-Zn-Mg и их зарубежные аналоги 7017, 7020, 7039, 7075 имеют суммарное содержание Zn+Mg 6,8-9,2 (мас. %). Отечественные сплавы 1950 и В96Ц системы Al-Zn-Mg-Cu и их зарубежный аналог 7178, характеризующиеся максимальной прочностью (твердостью), имеют суммарное содержание Zn+Mg+Cu 8,2-14,6 (мас. %). Вместе с тем увеличение содержания Zn, Mg и Cu снижает пластичность сплавов, что изменяет конфигурацию пробоя листа при поражении баллистическими инденторами (фигура 1). В результате, повышение прочности (твердости) сплавов при суммарном содержании (Zn+Mg+Cu)>8-9% не приводит к росту защитных свойств из-за образования тыльных осколков. Поэтому эти сплавы для броневой защиты используются в виде композиционной многослойной брони. При этом защита формируется из нескольких соединенных один с другим защитных слоев сплавов различного состава и свойств из условия наиболее эффективного поглощения энергии баллистических инденторов.

Известен высокопрочный сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg для применения в качестве лицевого энергопоглощающего слоя многослойной защиты по патенту РФ №2071025. Сплав содержит цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов (мас. %):

цинк 6,4-7,2
магний 2,6-3,2
марганец 0,07-0,14
хром 0,15-0,25
титан 0,03-0,09
цирконий 0,05-0,12
медь до 0,2
железо не более 0,35
кремний не более 0,25
алюминий основа

В случае тонких, толщиной 1-3 мм, листов для ПМЗ из данного сплава их прочность (твердость) снижается, уменьшая эффективность защиты.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву по технической сущности и достигаемому эффекту является высокопрочный сплав на основе алюминия системы Al-Zn-Mg-Cu по патенту ЕР №1231290, принятый за прототип. Сплав содержит цинк, магний, медь, марганец, хром, цирконий, гафний, ванадий, титан, скандий и неизбежные примеси при следующем соотношении компонентов (мас. %):

цинк 7,0-11,0
магний 1,8-3,0
медь 1,2-2,6

по меньшей мере один элемент из группы

марганец 0,05-0,4
хром 0,05-0,3
цирконий 0,05-0,2
гафний 0,05-0,3
ванадий 0,05-0,3
титан 0,01-0,2
скандий 0,05-0,3
алюминий и неизбежные примеси остальное

Легирование цинком, магнием и медью в регламентированных количествах в сочетании с модифицированием цирконием, гафнием, ванадием, титаном и/или скандием обеспечивают высокие прочность, твердость и защитные свойства сплава при поражении баллистическими инденторами.

Эффективность применения сплава для ПМЗ недостаточна из-за снижения пластичности и увеличения вероятности образования тыльных осколков. Их образование могло бы предотвратить слоистое строение листа. Однако тонкие многослойные листы для ПМЗ по сравнению с однослойными еще менее эффективны.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение сопротивляемости ударному воздействию тонких листов сплава для ПМЗ. Технический эффект достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий цинк, магний, медь, марганец, хром, цирконий, гафний, титан, дополнительно сдержит бериллий, церий, лантан при следующем соотношении компонентов (мас. %):

цинк 5,8-11
магний 1,5-3,5
медь 0,1-3
марганец 0,1-0,5
хром 0,05-0,3

по меньшей мере один элемент из группы: бериллий, церий, лантан в количестве 0,0001-0,2 мас. % каждого,

по меньшей мере два элемента из группы: хром, титан, цирконий в количестве 0,05-0,3 мас. % каждого и/или гафний в количестве 0,05-1,0 мас. %, причем в случае двух элементов выбор осуществляется из группы титан, цирконий, гафний,

остальное - алюминий и неизбежные примеси (железо, кремний, кислород и пр.) в сумме не более 0,7 мас. %.

Содержание цинка 5,8-11 мас. %, магния 1,5-3,5 мас. % и меди 1,5-3 мас. % в сплаве определяется условиями обеспечения оптимальной прочности, коррозионной стойкости и технологичности.

Содержание марганца в пределах 0,1-0,5 мас. % обеспечивает измельчение первичного зерна и затрудняет его рост при рекристаллизации.

Комплексное модифицирование по меньшей мере двумя сильными модификаторами из группы IV6: цирконий, титан в количестве 0,05-0,3 мас. % и гафний в пределах 0,05-1,0 мас. % усиливает эффект модифицирования при ограниченном содержании каждого из компонентов. Комплексное модифицирование позволяет эффективно измельчать зерно и способствует повышению прочности. Хром в количестве 0,05-0,3 мас. % способствует повышению коррозионной стойкости сплава.

Содержание марганца, циркония, титана, хрома и гафния ограничено указанными пределами во избежание образования грубых интерметаллидов при литье слитков под прокатку в охлаждаемый кристаллизатор, обработке давлением и термообработке.

Добавка бериллия, церия и лантана позволяет эффективно защитить жидкий расплав от окисления при выплавке, рафинирует расплав, снижая скорость окисления сплавов, содержащих более 1 мас. % магния, до уровня скорости окисления алюминия, уменьшает содержание оксидов в металле, способствует уменьшению газовой пористости и, как следствие, снижает вероятность расслоений при поражении баллистическими инденторами.

Примеры конкретного применения

Из сплавов четырех составов (таблица 1) отливали полунепрерывным методом в охлаждаемый кристаллизатор слитки диаметром 95 мм. Сплавы 1-3 - предлагаемого состава, сплав 4 - прототип. Слитки гомогенизировали по режиму 480°С, 6 ч. Затем из них прессовали полосы с поперечным сечением 16×40 мм, из которых поперек прессования прокатывали листы толщиной 2 мм. Листы подвергали закалке в воду с температуры 467°С и искусственному старению по режиму 120°С, 20 ч.

Структура листов однородная, слабо рекристаллизованная. Включения интерметаллидов не превышали 10 мкм.

Защитные свойства листов оценивали по энергии пробоя при соударении цилиндрического индентора диаметром 2 мм из стали 45, имеющего твердость НВ 2100 МПа, с плоской преградой в виде диска диаметром 10 мм, свободно опирающегося по контуру (фиг. 2), и по характеру пробоя листа (см. фиг. 1).

Предлагаемые сплавы за счет высоких механических свойств и мелкозернистой однородной структуры по сравнению с прототипом позволяют (таблица 2):

- при легировании ближе к верхнему пределу (составы 1 и 2) обеспечить повышение энергии пробоя на 10-50% и снизить вероятность образования тыльных осколков (конфигурация пробоя «в» и «б» согласно фиг. 1 соответственно);

- при легировании ближе к нижнему пределу (составы 2 и 3) исключить откол тыльного слоя с выбросом осколков (конфигурация пробоя «б» согласно фиг. 1) при сохранении энергии пробоя.

Сплав-прототип (состав 4) при меньшей энергии пробоя характеризуется выбросом тыльных осколков (конфигурация пробоя «д» согласно фиг. 1).

Использование предлагаемых сплавов позволит достигнуть дальнейшего повышения эффективности ПМЗ космических аппаратов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - Конфигурация пробоя листа при поражении баллистическими инденторами (М.А. Штремель. Разрушение: Кн. 1: Разрушение материала / Минобрнауки РФ, МИСиС. - 2014. - 669 с.):

а - выбивание пробки; б - канал упругопластического расширения; в - расслоение (откол) с упругопластическим отгибом; г - дробление вмятины с выбросом осколков назад; д - откол с выбросом осколков вперед.

Фиг. 2 - Схема испытаний материалов на ударное воздействие соударением индентора с преградой.

Фиг. 3 - Структура в месте пробоя и конфигурация пробоя листа из предлагаемого сплава состава 1 (конфигурация «в» согласно фиг. 1).

Фиг. 4 - Структура в месте пробоя и конфигурация пробоя листа из предлагаемого сплава состава 2 и 3 (конфигурация «б» согласно фиг. 1).

Фиг. 5 - Структура в месте пробоя и конфигурация пробоя листа из сплава-прототипа состава 4 (конфигурация «д» согласно фиг. 1).


СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПРОТИВОМЕТЕОРИТНОЙ ЗАЩИТЫ
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПРОТИВОМЕТЕОРИТНОЙ ЗАЩИТЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-20 из 120.
11.06.2018
№218.016.6115

Способ изготовления космического аппарата

Изобретение относится к космической технике. Способ изготовления космического аппарата (КА) включает проведение сборки КА, содержащего систему электропитания с солнечными батареями, аккумуляторными батареями и стабилизированным преобразователем напряжения с общей шиной, связанной с корпусом КА,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657134
Дата охранного документа: 08.06.2018
16.06.2018
№218.016.620e

Способ изготовления космического аппарата

Изобретение относится к изготовлению и наземным испытаниям космических аппаратов (КА), преимущественно телекоммуникационных спутников. Система электропитания КА содержит солнечную батарею (1), подключенную к нагрузке (3) через соединители (1-3, 1-2), и стабилизированный преобразователь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657795
Дата охранного документа: 15.06.2018
20.06.2018
№218.016.63c8

Композитная формообразующая оснастка и способ ее изготовления

Изобретение относится к композитной формообразующей оснастке и способу ее получения. Техническим результатом является увеличение точности изготовления формуемых изделий из полимерных композиционных материалов и снижение времени производства и веса формообразующей оснастки. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657913
Дата охранного документа: 18.06.2018
05.07.2018
№218.016.6b0e

Способ построения космической системы обзора небесной сферы для обнаружения небесных тел, приближающихся со стороны солнца и угрожающих столкновением с землей

Изобретение относится к спутниковым системам обнаружения, наблюдения и мониторинга небесных тел Солнечной системы, угрожающих столкновением с Землей. Способ включает размещение двух космических аппаратов с телескопами Т (КА Т) и Т (КА Т) на орбите Земли (2) вокруг Солнца (1). Оба КА вращают с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660090
Дата охранного документа: 04.07.2018
05.07.2018
№218.016.6b6c

Микромодуль

Изобретение относится к области создания малогабаритных микромодулей на гибкой плате, содержащих несколько БИС. Сущность изобретения: микромодуль содержит гибкую плату, снабженную металлизированными межслойными переходными отверстиями и смонтированными на ней кристаллами бескорпусных БИС с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659726
Дата охранного документа: 03.07.2018
05.07.2018
№218.016.6c32

Способ назначения приоритетов запросам на проведение сеансов связи с космическими аппаратами научного и социально-экономического назначения

Изобретение относится к космической отрасли, к способам планирования задействования технических средств (ТС) наземного автоматизированного комплекса управления и измерений (НАКУ) космическими аппаратами (КА) научного и социально-экономического назначения и может использоваться при возникновении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659773
Дата охранного документа: 03.07.2018
06.07.2018
№218.016.6d3e

Блок управления нагревателями аппаратуры космического аппарата

Изобретение относится к автоматической системе обеспечения теплового режима космического аппарата (КА). В блоке управления нагревателями (БУН) аппаратуры КА отдельные функциональные устройства сгруппированы в унифицированные функционально законченные модули - микропроцессорный модуль управления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660098
Дата охранного документа: 04.07.2018
08.07.2018
№218.016.6eba

Способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в автономной системе электропитания искусственного спутника земли

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при эксплуатации никель-водородных аккумуляторных батарей в автономных системах электропитания искусственного спутника Земли (ИСЗ). Предлагается способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660471
Дата охранного документа: 06.07.2018
19.07.2018
№218.016.7224

Способ мутационного тестирования электронной аппаратуры и ее управляющего программного обеспечения с определением локализации мутаций

Изобретение относится к компьютерным системам, основанным на специфических вычислительных моделях. Техническим результатом изобретения является увеличение вероятности обнаружения неисправностей электронной аппаратуры. Способ мутационного тестирования электронной аппаратуры и ее управляющего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661535
Дата охранного документа: 17.07.2018
19.07.2018
№218.016.7294

Переходной отсек ракеты-носителя и его опорный шпангоут

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Переходной отсек содержит корпус с проставкой. Корпус содержит стыковочный и опорный шпангоут. Стыковочный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде таврообразного профиля с отогнутой внутрь отсека стенкой. Проставка содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661631
Дата охранного документа: 17.07.2018
Показаны записи 11-20 из 26.
10.08.2015
№216.013.6d9d

Способ получения фольги твердых припоев алюминиевых эвтектических сплавов

Изобретение может быть использовано для получения полуфабрикатов из труднодеформируемых эвтектических сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в качестве припоя в паяных конструкциях. Осуществляют литье слитков со скоростью охлаждения металла не менее 100°C/мин. Проводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559619
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.09.2015
№216.013.791d

Способ прессования прутков из дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов и матрица для прессования прутков из дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам прессования полуфабрикатов из сплавов на основе алюминия и конструкциям прессового инструмента. Способ прессования прутков из дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов включает получение заготовки, нагрев,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562594
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.05.2016
№216.015.3ebd

Припой для пайки алюминия и его сплавов

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584357
Дата охранного документа: 20.05.2016
27.05.2016
№216.015.4439

Припой для пайки алюминия и его сплавов

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: кремний 5-13, медь 4-7, цинк 4-7, никель 0,5-3, марганец 0,3-3, железо 0,3-3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585598
Дата охранного документа: 27.05.2016
10.06.2016
№216.015.47fb

Система терморегулирования оборудования космического аппарата

Изобретение касается обеспечения теплового режима бортового научного и служебного оборудования космических аппаратов: искусственных спутников, межпланетных станций и др. Система содержит не менее двух термостатируемых панелей (ТСП) с встроенными тепловыми трубами и не менее двух радиаторов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585936
Дата охранного документа: 10.06.2016
13.01.2017
№217.015.708a

Припой для пайки алюминия и его сплавов

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596535
Дата охранного документа: 10.09.2016
25.08.2017
№217.015.b578

Свариваемый сплав на основе алюминия для противометеоритной защиты

Изобретение относится к деформируемым свариваемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в качестве противометеоритной защиты критических элементов космических аппаратов. Сплав содержит, мас.%: цинк 2-8,5, магний 1,5-3,5, марганец 0,1-0,5, хром 0,05-0,3, цирконий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614321
Дата охранного документа: 24.03.2017
29.12.2017
№217.015.f846

Способ гидростатического взвешивания твёрдых тел

Изобретение относится к способу гидростатического взвешивания твердого тела для определения его плотности, включающему в себя определение массы тела, погружение тела в емкость с рабочей жидкостью, уравновешивание тела до достижения гидростатического состояния, определение выталкивающей силы и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629910
Дата охранного документа: 04.09.2017
22.09.2018
№218.016.88bb

Система терморегулирования на базе двухфазного теплового контура

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к системам терморегулирования на базе двухфазного теплопередающего контура в виде замкнутой испарительно-конденсационной системы с капиллярным насосом, и может быть использовано в различных теплопередающих устройствах, применяемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667249
Дата охранного документа: 18.09.2018
04.10.2018
№218.016.8eef

Способ горячего прессования труднодеформируемых сплавов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при горячем прессовании прутков из труднодеформируемых сплавов, в частности из порошковых алюминиевых труднодеформируемых сплавов. Способ включает прессование заготовки из труднодеформируемого сплава,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668646
Дата охранного документа: 02.10.2018
+ добавить свой РИД