固体火箭发动机用钼镧喷管断口形貌及组织分析

林冰涛 何君 刘仲位 王承阳 李明 孙晓霞 周淑秋

林冰涛, 何君, 刘仲位, 王承阳, 李明, 孙晓霞, 周淑秋. 固体火箭发动机用钼镧喷管断口形貌及组织分析[J]. 粉末冶金技术, 2022, 40(1): 80-85. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021070003
引用本文: 林冰涛, 何君, 刘仲位, 王承阳, 李明, 孙晓霞, 周淑秋. 固体火箭发动机用钼镧喷管断口形貌及组织分析[J]. 粉末冶金技术, 2022, 40(1): 80-85. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021070003
LIN Bing-tao, HE Jun, LIU Zhong-wei, WANG Cheng-yang, LI Ming, SUN Xiao-xia, ZHOU Shu-qiu. Fracture morphology and microstructure analysis of Mo–La nozzles for solid rocket motor[J]. Powder Metallurgy Technology, 2022, 40(1): 80-85. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021070003
Citation: LIN Bing-tao, HE Jun, LIU Zhong-wei, WANG Cheng-yang, LI Ming, SUN Xiao-xia, ZHOU Shu-qiu. Fracture morphology and microstructure analysis of Mo–La nozzles for solid rocket motor[J]. Powder Metallurgy Technology, 2022, 40(1): 80-85. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021070003

固体火箭发动机用钼镧喷管断口形貌及组织分析

doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021070003
基金项目: 教育部第二批新工科研究与实践项目(E-XTYR20200608)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail: zhoushuqiu@culr.edu.cn

  • 中图分类号: TF841.2

Fracture morphology and microstructure analysis of Mo–La nozzles for solid rocket motor

More Information
  • 摘要: 通过固体火箭发动机地面热试车实验获得烧蚀后的钼镧喷管试样,对比分析了烧蚀前后试样的金相组织,在常温和1000 ℃条件下进行了钼镧材料的力学性能实验。结果表明:对于工作时间2.1 s的固体火箭发动机中搭载使用的钼镧喷管,内型面形状完整,尺寸无明显变化,抗烧蚀性能表现良好;烧蚀前后金相组织对比显示晶粒发生再结晶,特别是喷口及喷管中部工作温度高的位置,形貌变化明显,由细长的纤维状变为等轴晶趋势。镧的氧化物粒子对钼起到了韧化作用,合金试样1000 ℃高温和常温下断口出现颈缩和韧窝,高温下韧窝深浅差异更大,抗拉强度和伸长率有所下降。
  • 图  1  钼镧合金粉末形貌

    Figure  1.  SEM image of the Mo–La alloy powders

    图  2  钼镧喷管扩张段结构示意图(单位:mm)

    Figure  2.  Schematic diagram of the Mo–La nozzles as the expansion section (unit: mm)

    图  3  试车后钼镧喷管宏观形貌

    Figure  3.  Macro morphology of the molybdenum lanthanum nozzle after commissioning

    图  4  试验前钼镧合金原始金相组织

    Figure  4.  Original metallographic microstructure of the Mo–La alloys before test

    图  5  烧蚀后喷管不同部位金相组织:(a)、(b)喷口;(c)、(d)喷管中部;(e)、(f)喷管尾部

    Figure  5.  Metallographic microstructures of the nozzles in different parts after ablation: (a), (b) nozzle; (c), (d) the middle of nozzle; (e), (f) the tail of nozzle

    图  6  拉伸试样图

    Figure  6.  Diagram of the tensile specimen

    图  7  室温下拉伸断口形貌图

    Figure  7.  Morphology of the tensile fracture at room temperature

    图  8  1000 ℃拉伸断口形貌图

    Figure  8.  Morphology of the tensile fracture at 1000℃

    表  1  钼镧合金的化学成分(质量分数)

    Table  1.   Chemical composition of the Mo–La alloys %

    La2O3FeNiSiCaMgAlMo
    0.62000.00250.0015≤0.0020≤0.0020≤0.0020≤0.0020余量
    下载: 导出CSV

    表  2  力学性能参数表

    Table  2.   Mechanical properties

    试样编号密度 / (g·cm−3)硬度,HV10室温抗拉强度 / MPa室温伸长率 / %1000 ℃抗拉强度 / MPa1000 ℃伸长率 / %
    ML10.182286754921017
    下载: 导出CSV
  • [1] Lin B T, Yu X B, Zhang B H, et al. Study on ablation resistance of W8Cu tungsten infiltrated copper nozzle throat liner for SRM. J Ordn Equip Eng, 2020, 41(12): 214 doi: 10.11809/bqzbgcxb2020.12.040

    林冰涛, 余小波, 张保红, 等. 固体火箭发动机用W8Cu钨渗铜喉衬抗烧蚀性研究. 兵器装备工程学报, 2020, 41(12): 214 doi: 10.11809/bqzbgcxb2020.12.040
    [2] Zhu Y, Sun J T, Yan L S, et al. Morphology and anti-ablation properties of the W–Cu alloy throat in the hybrid rocket motor test. J Funct Mater, 2019, 50(6): 6206

    朱阳, 孙建涛, 闫联生, 等. 固液火箭发动机钨渗铜喉衬的烧蚀形貌及性能研究. 功能材料, 2019, 50(6): 6206
    [3] Gong Y F, Qu B R, Liang Y M, et al. Study on effect of powder particle size on mechanical properties of molybdenum shield. Powder Metall Ind, 2021, 31(1): 78

    弓艳飞, 曲斌瑞, 梁艳明, 等. 粉末粒度对发动机钼护板力学性能的影响. 粉末冶金工业, 2021, 31(1): 78
    [4] Liu L T, Chen G Y, Yi L M, et al. Study on the ablation mechanism of C/C composite throat for solid rocket motor. Carbon Technol, 2021, 40(3): 31

    刘澜涛, 陈冠宇, 易黎明, 等. 固体火箭发动机炭/炭复合材料喉衬烧蚀行为研究. 炭素技术, 2021, 40(3): 31
    [5] Wang P, Yang D X, Wei S Z, et al. Study on RE phase of Mo–La alloy prepared by a liquid-liquid doping method. Rare Met Mater Eng, 2010, 39(12): 2185

    王攀, 杨涤心, 魏世忠, 等. 液–液掺杂钼镧合金中的稀土相研究. 稀有金属材料与工程, 2010, 39(12): 2185
    [6] Liu R Z, An G, Yang Q L, et al. Microstructures and mechanical properties of Mo–Re–La alloy. Powder Metall Technol, 2018, 36(6): 429

    刘仁智, 安耿, 杨秦莉, 等. 钼–铼–镧合金微观组织及力学性能研究. 粉末冶金技术, 2018, 36(6): 429
    [7] Han Q. Preparation of La-doped molybdenum boat and analysis on fracture behavior. Rare Met Mater Eng, 2012, 41(9): 1564 doi: 10.3969/j.issn.1002-185X.2012.09.013

    韩强. 钼镧合金板材料舟的研制及其断裂行为分析. 稀有金属材料与工程, 2012, 41(9): 1564 doi: 10.3969/j.issn.1002-185X.2012.09.013
    [8] Zhang W. Rolling Process Microstructure and Property of Pure Molybdenum and Molybdenum Lanthanum Alloy [Dissertation]. Shenyang: Northeastern University, 2014

    张威. 纯钼及钼镧合金轧制工艺及组织性能研究[学位论文]. 沈阳: 东北大学, 2014
    [9] Qu J H, Wei Y J, Lu F S, et al. Erosion performance of molybdenum nozzle insert with double base propellant of cobalt 1-a. Chin J Rare Met, 2014, 38(4): 622

    曲家惠, 魏岩峻, 卢凤生, 等. 双钴1-a推进剂作用下钼喉衬烧蚀性能研究. 稀有金属, 2014, 38(4): 622
    [10] Ju Y P, Wang A Q. Current research status of Mo alloys. Powder Metall Ind, 2015, 4(25): 58

    居炎鹏, 王爱琴. 钼合金研究现状. 粉末冶金工业, 2015, 4(25): 58
    [11] Wang L, Sun J, Sun Y J, et al. Effects of doping methods on microstructure and mechanical properties of Mo–La2O3, Rare Met Mater Eng, 2007, 36(10): 1827

    王林, 孙军, 孙院军, 等. 掺杂方式对Mo–La2O3合金组织和力学性能的影响. 稀有金属材料与工程, 2007, 36(10): 1827
    [12] Li S L, Hu P, Duan Y, et al. Research status of the effect of doping methods on microstructure and mechanical properties of molybdenum alloy. Mater Rep, 2020, 34(9): 9132 doi: 10.11896/cldb.18120082

    李世磊, 胡平, 段毅, 等. 掺杂方式对钼合金组织与力学性能影响的研究进展. 材料导报, 2020, 34(9): 9132 doi: 10.11896/cldb.18120082
    [13] Lin X H, Zhang G J, Zhang N N, et al. Tensile properties of Mo–Si alloys at room and elevated temperature. Rare Met Mater Eng, 2012, 41(6): 1021 doi: 10.3969/j.issn.1002-185X.2012.06.016

    林小辉, 张国君, 张纳纳, 等. Mo–Si合金室温及高温拉伸力学性能研究. 稀有金属材料与工程, 2012, 41(6): 1021 doi: 10.3969/j.issn.1002-185X.2012.06.016
    [14] Dong D, Wang C Y, Kang J L, et al. Effects of deformation modes on the mechanical properties and microstructure of molybdenum rods. Powder Metall Ind, 2019, 29(2): 50

    董帝, 王承阳, 康聚磊, 等. 变形加工工艺对钼棒力学性能和显微组织的影响. 粉末冶金工业, 2019, 29(2): 50
    [15] Wu Z, Wang N, Wu J N, et al. Sintering densification behavior of molybdenum tungsten alloys. Powder Metall Technol, 2021, 39(3): 234

    武洲, 王娜, 吴吉娜, 等. 钼钨合金烧结致密化行为. 粉末冶金技术, 2021, 39(3): 234
    [16] Feng P F, Fu J B, Zhao H, et al. Effects of doping technologies on mechanical properties and microstructures of RExOy doped molybdenum alloys. Met Powder Rep, 2016, 71(6): 437 doi: 10.1016/j.mprp.2016.07.001
    [17] Sun L, Zhang J F, Qiu T X, et al. Effect of forging temperature on microstructure and mechanical properties of powder hot-forged alloy contained molybdenum. Powder Metall Technol, 2020, 38(3): 174

    孙露, 张继峰, 邱天旭, 等. 锻造温度对含钼粉末热锻合金显微组织及力学性能的影响. 粉末冶金技术, 2020, 38(3): 174
    [18] Yao H L, Xiong N, Wang L, et al. Effect of cyclic heat treatment on impact toughness of 93W–5Ni–2Fe tungsten heavy alloy. Powder Metall Technol, 2021, 39(3): 269

    姚惠龙, 熊宁, 王玲, 等. 循环热处理对 93W–5Ni–2Fe高比重钨合金冲击韧性的影响. 粉末冶金技术, 2021, 39(3): 269
  • 加载中
图(8) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  474
  • HTML全文浏览量:  154
  • PDF下载量:  45
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-06
  • 刊出日期:  2022-02-28

目录

    /

    返回文章
    返回