改善钨渗铜喉衬的高温尺寸稳定性研究

后平 均含量 为 ５７ ％， 铜的 损失 率： ． ８
＝ × １０ ＝ ２ ０％ ３％
襄２ ９次发动机试车参数
Ｔａ ｌ Ｓｈ ｉｋ ｇ ａ ｅａ ｄｆｂ ｉａ ｎ ａ ａ ｔｒ ｏ ｔｓｅ ｏ ｚｅ ｂｅ ２ ｒｎ ａ ｅｒ ｔ ｎ ａ ｒｃ ｔ ｇｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｆ ｅ ｔｄ ｎ ｚ ｌｓ ｉ
图 ３ 试车前 ｗ — Ｃｕ材 料 断 口的 Ｓ Ｍ 照 片 Ｅ ×２０ ０ ０ Ｆ ｇ Ｓ Ｍ ｍｉ ｏ ｒ ｐ ｓｏ ｉｇ ＇ｅ ｆ ｃｕｅ ｏ ｉ． ３ Ｅ ｃ ｇａ ｈ ｈ ｗ ｎ ｔ ｒ ｔｒ ｒ ｈ ａ ｆ
ｐ ｅ ｅ ｔｄＷ — ｕｃ ｒ—ｔｓｅ Ｃ ｏｍｐ ｉ ｏｓｔ ｅ
图 Ｉ 发 动 机推 力 厦燃 烧 室压 力 随 时 间变 化 曲线
Ｆｉ． Ｐ ｏ ｆｔ ｅｒ ｃ ｅ ｈ ｕ ｔａ ｄ ｃ ｍｂ ｓｉｎ ｃ ａ ｇ１ ｌ ｔｏ ｈ ｏ ｋ ｔｔ ｒ ｓ ｎ ｏ ｕ ｔｏ ｈ ｍ－ ｂ ｒｐ ｅｓ ｒ ｅ ｓｓｔｍｅ ｅ ｒｓ ｕｅｖ ｒｌ ｉ Ｊ
｛） ｎｉｅ ｅｔ ｎ （） ｎｒｌｅｔ ｎ 『） ｔｉｅ ｅｔ ｎ ａ Ｉｓ ｃｉ ｄｓ ｏ ｂ Ｃｅ ｔａｓｃｉ ｏ ｃ Ｏｕｓ ｃｉ ｄｓ ｏ
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・
３ ・ ２
稀 有 金 属 材 料 与 工 程
２ 卷 ６
铜 含量 在卦 壁 最 低， 明 喉衬 外 壁的 “ 汗 果 说 发 效 明显 。 常压 下铜的 沸 点 为 ２ ８ ℃ ，试车 时 整个 喉衬 ０ ５ 很 快 达到 燃气 温度 （ ３０℃ 约 ２０ 由于 外 壁 处 于 常
要 求 喉 衬 在 无 冷却 条 件 下 承 受 高 温 （ ０ ＂ ， 高 ＞３０ ０ Ｃ） 速 ｆ ０ ＞１ ０ｍ／ｓ固 体 粒 子 气 流 的 冲刷 而 无 明显 烧 ０ ）
蚀 ， 经 受 剧 烈 温 升 ｆ ０ ０℃ ／ｓ的热 震 不 产生 裂 ＞２ ０ ） 纹 。 钨 渗 铜 材料 以其 优 异 的挠 热 震、 耐 燃 气流 冲蚀 性 能 基本 满 足 了上 述要 求 …， 在 某型 号发 动 机 的试 但 车过 程 中， — Ｗ Ｃｕ材料 喉 衬 的颈部 发生 了直 径收 缩 现
Ａｌ ｏ ｄ ｒ ｗ ｅ ｌ ￣
ｗ／％
１ ０
ＮＯ
ｓ ｒ ｋｒｔ ｈｉ ｅ ｎ ａ
／％
ｏ Ｗ ｋ ｌ ｏ ｆ ｅ ｔｎ ｅ
／ ％
８ ｌ ４
ｃ ｎｅ ｔ ｏ ｔｎ
ｗ／ ％
７６
Ｗ ｏ ｅ （ｓｓ ｐ ｗｄ ｒＦ ｓ）
ｔｍ ｅ
／ ℃
Ｙ－１ ９ ０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＢ
铝将含量
Ｃｏ ｔｎ ｆ ｎｅ ｔ ｏ
喉衬编号
Ｎ ｏ ｚｅ ｚｌ
径 缩率
Ｒａ ｉｌ ｄａ
钨 骨架相对ｆ 量Ｊ 质 密度
Ｒｅａ ｉｅｉａ ￥ｄ ｎ ｉｙ ］ｔ ｌｓ ｅ ｓｔ ｖ ｒ
铜 含量
Ｃａ
钨粉粒度
Ｐａ ｔ ｌ ｓｚ ｆ ｒｉ ｅ ｉｅｏ ｃ
烧 结温度
Ｓ ｎｅ ｉｇ ｉｔｒｎ
３ 实验 结 果 与 分析
３１ 试 车前 后 Ｗ － ． Ｃａ喉村 材料 的 显撇 组织 图 ２为试 车前 后 Ｗ－ Ｃｕ喉 衬材 料 的金 相组 织 ， 沿 钨颗 粒边 界 分布 的是 铜 及孔 隙。 可 以看 出： （） 前 铜 的体 积分 数 较 多， 孔 洞 很少 ， 试 车 １试车 后 铜 的体 积 分 数 减 少 ， 说 明试 车 后 铜 有 蒸 发 损 失 ， 这就 是 Ｗ － Ｃｕ材 料在 高 温时 所表现 的 发汗 ” 象； 现
ｚ ｎ ｔ ｈ ｔ ｉ ｅｏ ｏｓ—ｔ ｓｅ ｚ ｌ ｏ ｅａ ｅｏｕ ｓ ｄ ｆｐ ｔ ｅ ｔ ｄ ｎｏ ｚ ｅ ｔ
产 生 的孔 隙 被钨 颗粒 的二 次 烧 结收 缩“ 台 因而 焊 ，
形成 了断 口分 析所 观 察到 的“ 粗晶粒 带 ” 。
３３ 试 车 后 ｗ— Ｉ ． ｃＩ材料 的成分 分析
试 车 前 ｗ— Ｃｕ材料 的铜 含 量 为 ７５ ．％， 而试 车
高 Ａ１ 含量 喉衬 中， Ｙ－１９ ０ Ｂ径 缩却 较 小 ， ９ Ｙ－ ７ ３ ４
喉 径 反而 扩 大 。 这 是 因 为这 两 种 喉衬 烧结 温 度 较 高 （ 温 时 间 亦 有 所 延 长 ） 其 钨 骨 架 的 高 温 强 度 较 保 ， 高， 试车 时轴 向不发 生屈 服或 伸 长量 较小 。
（） 量地 看 ， 试 车后 铜 的 体积 分 数减 少 的量 较 ２定
孔 洞增 加 的量多 ，说 明 试车 后 Ｗ — Ｃｕ材 料 的钨骨 架
进 一 步致 密 化 了。
联系人：邝用庚，男，２ ８岁．工 程师．冶金部 钢铁研究 总院
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５ 期
（） ｒ一ｅｔｄ ａ Ｐ ￡ ｔｓ ｅ ） ｏ ｔ ｔ ｔｄ Ｐ ｓ— ｅ ｅ ｓ
３ 试 车后 Ｗ— 喉 衬材 料的 断 口形 貌 ． ２ Ｃｕ
由试车前 Ｗ— Ｃｕ材 料 断 口的 Ｓ ＥＭ 照 片 （ ３ 图 ）
可以看 出：
（） 车 前 ｗ ＿ １试 ＣＵ材 料 基 本 沿 晶 断 裂 ， 而 试 车 后 发 现 较 多 的 解 理 断 裂 （ ４， 说 明 试 车 后 ｗ — 图 ） ＣＵ 材 料 的钨 颗 粒 问结台 增 强 ， 发 动机 点火 造 成 的 高 温
一
半， 其温 度 亦 不 足 以 旋 喉衬 内壁 的铜 蒸 发， 因而
表 １中内 壁 铜的 分 析 含量 较 高 ， 其损 耗 可 能是 在推 进 剂燃 烧 后 产 生 的 外壁 由于 铜 的蒸 发 量 较 多，所
图 ５ 试车后喉颈 外壁 粗晶带的 Ｓ Ｍ 照片 ×５ ０ Ｅ ０
Ｆｉ Ｓ ｇ５ ＥＭ ｃｏ ｒ ｐ ｈ ｗｉｇｔ ｅｃ ａ ￣ ｇ ａｎ ｍｉｒ ｇ ａ ｂｓ ｏ ｎ ｈ ｏ ｒ ｒ ｉ
分 位 析 置ｌ
Ａ ａｙｉｌ内壁 ） ｎｌ ｓ （ ｓ
２ ３ ４ ５ ６ ７ ８
（ 外壁）
平 均
ｐ ｎＩＩ 。 ｉ ｍｄ ｓｏｌ ｅ （ ）
（ｔ ｅ 。 ０ｓ） ｕｉ Ｍ “ ｄ
Ｃｕ ｆ ０ ６３ ．５５７ ．２５３ １５Ｉ ４ ０ ５７ ５３ ７７２ ７６６ ．５ ０ ９ ６ ． ８ ２
改善钨渗铜 喉衬 的高温尺寸稳定 性研 究
＠ ｌ ‘
擒 要 某 新型号 固体 火箭 发动机 的钨 渗铜 喉衬试车后 发生 了直 径收缩。 材 料的垒相组织 、断 ｒ ｎ形貌、工艺 制度 以及 成分分析 发现引起喉 村收缩 的原 因： 一是钨 渗铜 材料的钨骨 架在试 车 点火时产生 的二次烧 结收缩；二 是材料 的高温强度 不足， 点火 试车过程 中喉 衬沿轴向伸长，相应 以径向收缩来补偿体积变 化。 提出了改善钨— 材料高 翎 温 尺寸稳定性 的途径并在后续发动 机试 车实验中获得 了成 功。
邝用庚等：改善钨渗铜唯衬 的高温尺寸稳定性研 究
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２ 试车 前后 Ｗ — 材 料 的金 相 照 片Ｉ 振 光 Ｊ Ｃｕ 偏
Ｆ ２ Ｏｐｉ ｌ ｈ ｔｇａ ｈ ｆ ｒ— ｎ ｏｔ ｔｓ ｄｗ— ｍｐ ｓｔ （ ｌｒ ｅ ｇ ｔ ｔ ａ ｏｏ ｒ ｐ ｓ ｅ ａ ｄｐ ｓ ｅｔ ｃｕｃ ｏ ｉ ｐ ａ ｉ ｄｌ ｈ） ｃ ｐ ｏｐ — ｅ ｏ ｅ ｏ ｚ ｉ
４ 试 车 后 喉 颈 径 切 面上 断 口的 Ｓ ＥＭ 照 片
×７０ ０
Ｆ ｇ４ Ｓ ｉ ＥＭ ｃ ｏｇ ａｐ ｈ ｍｉ ｒ ｒ ｈｓ ｏｗｉ ｇ ｔ ｅｆａ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ Ｃ Ｏ Ｓ ｅ ｔｏ ａ ｒ ｆｌ ｐ ｔ ｅ ｔ ｄ ｎ ｚ ｌ ｎ ｈ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｈ Ｒ Ｓ —ｓ ｃ ｉ ｎ ｌ ｏ ｉ ｏｆ ｏｓ—ｔｓ ｏ ｚｅ ｐ ｅ ｅ
压， 铜 可 以 自由蒸发 ， 相 反， 喉衬 的 内 壁和 燃气 接
触 ， 从 图 １可 知 ， 发 动 机 燃 烧 室 的 燃 气 压 力 达 ６Ｍ Ｐ － ７ＭＰ ， 据 资料 Ｊ 压 力 为 ３ＭＰ ａ ａ ， ａ时 ， 铜 的沸 点 为 ３８ ０ ， 因此 即便 燃气 压力 在喉部 减 小至 ０℃
４１ 喉衬 径 缩 ■ 与 发 动 机 推 进 剂成 分 及 Ｗ— ． Ｃｕ材 料工 艺 制度 的关 系 表 ２是 ９次发 动 机试 车所 用 推进 剂 铝 粉 含 量及
喉 衬 的 径 缩量 和 工 艺 参 数 。 由表 可见 ， 喉 衬 因推进 剂 中 Ａｌ 含量 及 ｗ — Ｃｕ材料 的制 作 工 艺 不 同， 径 缩 量变 化很 大 ， 具体 来说 ： 在 高 Ａ１ 含量 （０ 情 况 粉 １ ％） 下 ，喉 衬 径缩 普 遍较 大， 但在 表 ２所 列 前 ５种 相 同
使钨 骨架 发 生 了一 个再 烧结 过 程；
（） 试 车后 的 喉衬 外 壁 发 现一 层 晶粒 度 明显 大 ２在 于 内部 基 材 的 粗 晶粒 带 （ ５，宽 约 ｌ ０ 图 ） ２ ｍ， 此 粗
晶粒 带 与 内部基 材 具 有 明 显 的界 线， 说 明外 壁 的晶
粒 在 点 火 过程 中还 发 生 了烧 结 长 大， 晶 界结 合 随之 增 强， 断 口特 征 由沿晶 断裂转 变 为穿 晶 断裂
２３
６２
２２ ０ ２
１ ０
１ ０ 】 Ｏ
象， 个别 情 况 这种 收 缩 还较大 ， 重影 响 了发 动 机的 严
２２０ ｏ ℃， 铜 含 量 ７５ ， 钨 骨 架 相 对 ［ 量 ］ 度 ． ％ 质 密 ８ ．％ 。 试 车 后 的 收 缩 率 为 ｌ％ 。 在 喉 部 车 取 试 ２７ ３ 样 ， 做 金 相 组 织 和 定 量 成 分 分 析 。 金 相 试 样 采 用
关 键 词
供理 论 依 据 ，保 证 喉 村在
１ 前
言
２ 实验 方 法
选 择 了 一 个 试 车 发 生 径 缩 的 喉 村 ， 编 号 为 ９ Ｙ－ ９ 其 工 艺 性 能 数 据 为 ： 钨 骨 架 烧 结 温 度 ３ ６，
固体 火 箭 发动 机 喉 衬 是 发 动 机 的最 关 键部 份 ，
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第２ 卷 第５ ６ 期
１９ 年 ９７
稀有 金属 材料 与 工程
Ｒ ＡＲ Ｅ Ｍ ＥＴＡＬ ＡＴＥＲＩ Ｌ Ａ ＮＤ ＥＮＧＩ Ｍ Ａ Ｓ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
ＶｏＬ ６ Ｎｏ ５ ２． ｏ ｃｏｂ ｒ ｌ ９７ ｔ ｅ ９
１ 月 ０
１ ％ 铁 氰 化 钾 ＋ ０ 氢 氧 化 钾水 溶 液 腐 刻 ， 并 比较 Ｏ １％
推 力 压 力等 技 术参 数（ １， 为此需 要在 了解 其 原 图 ）
因的基 础上 ， 进 Ｗ— 改 Ｃｕ材 料 的 工 艺 参 数 ， 并 为
试 车和 不经 试 车的 Ｗ－ Ｃｕ材 料 的金 相组织 。 在 ＪＭ ＿ ４０型 扫 描 电 镜 上 观 察 试 车 前 后 ｓ ＿０ ６ Ｗ－ Ｃｕ材 料 的 断 口组 织 ， 并定 量 分 析 由喉 衬 内壁 至 外 壁 的铜含 量 变化情 况 。
表 １为喉 颈 沿 径切 面的 金 相试 样 在 １０倍 视 场 ５
４ 讨
论
下， 由内壁 至外 壁所 做的铜 含量 的定 量 分析结 果 。
襄 １ 试 车后 喉衬颈部横截面上的铜舍量分布
Ｔａ ｌ Ｄｉｍ＇ｅｉｎｏ Ｃｕｃ ｎｅ ｔ ｎｔｅａ ｂｅ ｌ ｓ ｂ ｔ ｆ ｔｎ ｏ ｏ ０ ｈ ｎ ｆｌ ｆ￣ｓ－ｔｓｅ ∞ 跪 ｌ ％ １ ｍ ｉ ｅｏ ｌ ｔ ｅ ｔｄ Ｏ ｅ 帮 ｃｉａ ｌ ｔ ａ ｎ