Металлопрокат на складе «М-Комплект» (044)490-04-88 (044)490-04-89
Оглавление:
  1. Соответствие дюймовых водопроводных труб метрическим.
  2. Сварка алюминия и его сплавов.
  3. Пайка алюминия и его сплавов. Флюсы и припои.
  4. Выбираем алюминий.
  5. Пищевой алюминий, не пищевой алюминий.
  6. Машина "Продукты" и СанПин.
  7. Международная маркировка алюминиевых сплавов.
  8. Обозначение режимов термообработки импортных сплавов.
  9. Водородная хрупкость.
  10. Гибка алюминиевых, дюралевых листов и других сплавов.
  11. Типичные механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов в одной таблице
  12. История развития алюминиевой промышленности.
  13. Дюралюминий из города Дюрен.
  14. Анри Этьенн Сент-Клер Девиль.
  15. Алюминиевые сплавы для авиации и ракетнокосмической техники.
  16. Печальная эпопея ТУ-144.
  17. Ракета-носитель "ЭНЕРГИЯ" и дюралюминиевый сплав 1201.
  18. Оловянная чума
  19. Чем латунь отличается от меди

Как начиналась ракета-носитель "ЭНЕРГИЯ"

Фридляндер Иосиф Наумович
академик,начальник научно-исследовательского отделения ГНЦ РФ "ВНИИ авиационных материалов".
Из выступления на заседании Президиума

РАН ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 72, №1, с. 70-78 (2002).

В 70-х годах американцы успешно освоили многоразовую систему "Шаттл". Эти космические челноки выводят на орбиту могучие ракеты одноразового действия. После полета "Шаттлы" возвращаются на землю, приземляясь на специальном аэродроме, и затем готовятся к следующему полету.

В те годы СССР заметно уступал в космической гонке. С.П. Королева уже не стало. В такой ситуации академик В.П. Глушко, руководитель Конструкторского бюро жидкостных ракетных двигателей, который многие годы тесно сотрудничал с фирмой Королева, заявил на Политбюро ЦК КПСС, что берется сделать за три года ракету-носитель для вывода на орбиту космического корабля "Буран". Было принято решение объединить фирму Глушко с организацией Королева, дав ей название "Энергия". Так же назвали и грандиозную двухступенчатую ракету, которую предстояло создать. Стартовая масса ракеты 2400 т. Все ее двигатели, разработанные в КБ академика Глушко, должны были работать со старта, создавая в начале полета суммарную тягу 3600 т, мощность двигателей в этот момент равна 130 млн. кВт (для сравнения: мощность Красноярской ГЭС -6 млн. кВт). Руководство страны поддержало Глушко в его начинаниях.

Основой носителя является вторая ступень - бак, длина которого 60 м, диаметр 8 м. В качестве топлива для второй ступени используется жидкий водород, окислителем служит жидкий кислород. По своей теплотворной способности жидкий водород намного превосходит все органические топлива, поэтому, несмотря на огромные трудности при работе как с жидким водородом (-225°С), так и с жидким кислородом (-186°С), американцы, а вслед за ними и мы перешли на криогенные компоненты топлива.

Вокруг водородного бака разгорелись ожесточенные споры. До "Энергии" все ракетные баки изготавливались в СССР из пластичного алюминиевого сплава средней прочности, содержащего 6% магния, - сплав АМгб. Однако было известно, что американцы применили для баков "Шаттла" новый, более прочный, но менее пластичный алюминиевый сплав 2219, содержащий около 6% меди. В ВИАМе были выполнены лабораторные плавки, которые показали, что сплав, обозначенный нами 1201, действительно прочнее АМгб. С понижением температуры он не только не охрупчивается, как, например, сталь, а наоборот, приобретает удивительную способность к повышению и пластичности, и прочности (криогенное упрочнение). Состав сплава 1201 был нами взят в точности американский, чтобы в случае каких-либо неприятностей избежать обычных в таких ситуациях обвинений в адрес сплава. Мы обнаружили также, что при неоднократных повторных охлаждениях до температуры жидкого водорода сплав АМгб расслаивается, поэтому он не годился для материала ракеты, работающей на жидком водороде. Все эти особенности двух сплавов я сообщил Глушко, когда он советовался со мной о металле для водородного бака.

В ВИАМе был проведен научный совет с моим докладом. На нем присутствовал Глушко. Было принято решение рекомендовать для материала водородного бака сплав 1201. Однако исследовательский институт ЦНИИМВ, входивший в состав Министерства общего машиностроения, выступил с категорическими возражениями против сплава 1201. В заключении института отмечалось, что в нашей стране нет никакого опыта работы с этим сплавом, что технологически он гораздо сложнее сплава АМгб, и, сделав ставку на него, мы обречем на провал создание ракеты "Энергия". Мнение института поддерживало ракетное КБ "Южное" в Днепропетровске.

Обычно конструкторские бюро, работая с каким-то сплавом, привыкают к нему, создают устойчивую технологию его обработки и применения, справедливо рассматривают сплав как собственное детище и не хотят с ним расставаться. Конечно, только в том случае, если сплав их не подвел. Со сплавом АМгб был накоплен огромный успешный опыт, понятно, что многие КБ и исследовательские институты за него держались. Тем не менее такую ракету, как "Энергия", с жидким водородом в качестве топлива надо было делать из сплава 1201.

Серьезным испытанием для этого сплава стало качество первых полуфабрикатов, приготовленных на Куйбышевском (ныне Самарском) металлургическом заводе. Сплав 1201, выпускаемый этим заводом, при плавке загрязнялся пленами и другими неметаллическими примесями. Надо было срочно повысить чистоту металла, избавить его от окисных плен, газов, шлаковых включений, чтобы обеспечить надежность сварного соединения. Я передал наши рекомендации по этому поводу Глушко. Когда на совещании у секретаря ЦК КПСС Д.Ф. Устинова, отвечавшего за всю оборонную промышленность, обсуждался ход работы по ракете "Энергия".

Глушко довольно долго сидел молча, а потом заявил: "Дмитрий Федорович, мне баки делать не из чего, металлурги вместо металла дают поролон". Этих слов, подкрепленных соответствующими репликами Устинова, оказалось достаточно, чтобы на Куйбышевском металлургическом заводе в кратчайшие сроки провели капитальную перестройку плавильного оборудования. Футеровку плавильных печей сделали из глинозема вместо шамота, который быстро разъедается жидким алюминием, загрязняя его. Вместо асбеста применили керамическую бумагу и установили керамические фильтры на пути переливки жидкого металла из печи в кристаллизатор. В результате металл по чистоте стал отвечать требованиям американских норм ультразвукового контроля.

В конце июня 1977 г. еду к Глушко. Со мной вместе едут коллеги по ВИАМу А.Н. Гулин и Н.Б. Кондратьева, а также Чаюн - молодой сотрудник академика Б.Е. Патона. Везем с собой раскатную сварную обечайку - свернутый из листа пустотелый цилиндр, диаметром 500 мм и длиной 1500 мм из сплава 1201 - работа Куйбышевского филиала ВИАМа. Сваренный продольный шов обечайки прокатывался на специальных станках под толщину основного материала. Прочность бывшего шва и основного металла 48 кгс/мм2. Везем также с собой два отчета: о раскатной обечайке и сравнение свойств сплава 1201 и АМгб нагартованного (АМгбн), прокатанного в холодную на 20%.

Незадолго до этой поездки Гулин купил мне книжку А.П. Романова "Ракетам покоряется пространство". Из аннотации узнал, что это - первая книжка об академике Валентине Петровиче Глушко, основоположнике отечественного ракетного двигателестроения. Предисловие самого Глушко, что несколько странно. Правда, предисловие написано в плане ответа на вопрос:

"Вы спрашиваете, какова главная черта человека, посвятившего себя науке. Их несколько: влюбленность в избранную область знаний, желание безраздельно принадлежать ей и только ей, умение вовремя отказаться от всего, что может увести в сторону, понимание общественной полезности той области знаний, которой посвятил свою жизнь. В таком случае труд становится источником вдохновения и радости, как бы он ни был сложен. И еще одно качество, без которого не мыслю себе подлинного ученого - прозорливость, умение смотреть хотя бы на два поколения вперед. Всеми этими качествами обладал Константин Эдуардович Циолковский. Он нам пример".

Мысли высказаны очень хорошие, за исключением "умения смотреть... на два поколения вперед". Это чересчур для Циолковского, но, может быть, не для Глушко? Самомнение, ничего другого не скажешь; то ли тщеславие, то ли такая уверенность в себе, которая позволяет делать большие дела. Книжку я захватил, чтобы между делом показать ее Глушко, вероятно, ему это будет приятно. Кондратьева предложила взять у него автограф.

Итак, мы у Глушко. Он, как всегда, в легком свитере, стройный, подтянутый, пружинящая походка, хотя ему 69 лет плюс несколько лет отсидки. Наверняка каждый день занимается спортом, память прекрасная - помнит все до мелочей. Проходим в его маленький кабинет. Глушко вежлив, с каждым здоровается за руку. Я рассказываю ситуацию со сплавами АМгбн и 1201. Если АМгбн при температуре -196°С дает расслоение, то 1201 в выпущенной крупной партии подтвердил высокую технологическую пластичность. Попытки раскатать АМгбн не удались из-за быстрого упрочнения сплава. Институт Патона освоил сварку разных толщин сплава 1201 различными методами, в том числе при самом неблагоприятном расположении волокна (когда волокно идет параллельно сварному шву, легче появляется трещина).

От имени ВИАМа, который назначен ВПК головной организацией по выпуску сплава для ракеты "Энергия", я высказал возражение против решения КБ "Южное" использовать АМгбн для ракеты, работающей на жидком кислороде. Предварительно с представителями начальника ЦНИИМВ Г.Г. Конради я обсуждал вопрос о АМгбн, - они выставили два соображения:

1) решение ВПК о головной роли ВИАМа касается только "Энергии", а не КБ "Южное";

2) в одном из нормативных документов КБ "Южное" указано, что силы, действующие в высотном направлении, не превышают 1 кгс/мм2, что по нашему мнению невозможно, к тому же возникают всякие монтажные и особенно термические напряжения при заливке жидкого кислорода.

Глушко очень внимательно рассмотрел раскатную обечайку. Попросил испытать свойства этого раскатанного материала при температуре -253°С. Его интересовало, сохраняет ли материал криогенное упрочнение. Я заметил, что равнопрочность сварного шва при всех условиях сохранится. Глушко поддержал наше предложение готовить полуфабрикаты из сплава 1201 (примерно 500 т) не на Куйбышевском, а на Каменск-Уральском металлургическом заводе, где можно добиться большей чистоты сплава и получить штампованные заготовки.

Я показал Глушко книжку "Ракетам покоряется пространство".

- Хорошо бы получить автограф.

- Кому?

-Мне.

Он написал: "Дорогому Иосифу Наумовичу Фридляндеру на добрую память о совместной работе. Глушко. 30.06.1977". Затем пригласил нас приехать к нему завтра на совещание к девяти часам утра.

На следующий день в восемь сорок пять мы снова у Глушко. Большой сбор. Первый вопрос: надо ли строить испытательный корпус, чтобы испытывать каждый натурный бак в жидком водороде. Сооружение очень сложное, обойдется в 40 млн. руб. Обычно испытывают каждый бак, но бак для второй ступени ракеты "Энергия" испытать при комнатной температуре нельзя, ибо он рассчитан с учетом криогенного упрочнения. Обсуждение идет часа два-три. Глушко внимательно всех выслушивает. Из публикаций и особых источников известно, что американцы испытывают баки в охлажденном до -196°С газообразном азоте. Я спрашиваю:

- А сколько раз будут испытания?

- До девяти.

- Не страшно?

Говорят, что баки испытывали в жидком водороде по нескольку раз. Первый зам Глушко, которого я не знаю, высказался за американскую схему. Глушко спросил меня:

- Какое криогенное упрочнение при жидком кислороде?

- Примерно половина, - ответил я и поддержал его зама.

Но Глушко все же счел, что надо испытывать в натурных условиях - в жидком водороде при полном упрочнении. Договорились: всем институтам еще раз проработать вопрос и через декаду дать предложения.

Второй вопрос: как делать днище бака - сводить все лепестки к одному полюсу, который будет диаметром 2-3 м, или набирать конструкцию в виде прямоугольников. Тут важно обеспечить хорошую стыковку. У американцев поверхность бака эллиптическая, а не шаровая, они все лепестки сводят к полюсу. После долгих и тщательных обсуждений остановились на полюсном варианте. Договорились: за неделю еще раз проработать вопрос и дать предложения.

Во время обсуждения появился академик Владимир Федорович Уткин, главный конструктор КБ "Южное". Глушко встал, проводил его в свой кабинет, через несколько минут вернулся в зал. Приход Уткина нисколько не отразился на ходе обсуждения, всем желающим была предоставлена возможность высказаться, обосновать свою точку зрения. Уткин ждал окончания совещания часа полтора-два.

После совещания Глушко представил нас Ут-кину. Я его видел первый раз. Высокий мужчина, вероятно, старше 50 лет, со мной поздоровался довольно прохладно. Глушко принялся излагать ситуацию с АМгбн. "Дорогой мой", - обращался он к Уткину самым любезным тоном, излагая все наши данные о сплавах АМгбн и 1201, привел подробные расчеты потерь при переходе со сплава 1201 на АМгбн и просто на АМгб, поскольку АМгбн для кислородных баков применять нельзя. Потом я перечислил все доводы, которые КБ "Южное" выдвигало против сплава 1201: неосвоенность, нетехнологичность. Что касается неосвоенности сварки, то институт Патона обещал выдать рекомендации осенью. Чаюн подтвердил мои слова.

Я сообщил, что готовится к выпуску первая партия полуфабрикатов сплава 1201, примерно 500 т, и если нужно, в августе мы можем сделать 200-300 т для КБ "Южное". Не решен лишь один сложный вопрос: нужны ванны для травления (анодирования и пр.) для КБ "Южное". Но разве можно из-за нескольких ванн не использовать тех преимуществ, которые имеют американцы от своего сплава 2219, ведь 1201- его аналог. Разговор шел примерно час. Уткин молчал, он только спросил, сколько времени мы держали образцы в жидком азоте. Я не понял его вопроса. Потом сообразил, что в КБ "Южное" образцы, вероятно, захолаживались, а потом испытывались при комнатной температуре. Уткин пообещал на следующей неделе прислать своих людей в институт Патона и в ВИАМ.

Спор между фирмой "Энергия" - ВИАМ и ЦНИИМВ на тему, как ведут себя сплавы АМгб и 1201 при повторных охлаждениях и приложении вибрационных нагрузок, продолжается. Ракета хоть и одноразовая, но требует нескольких повторных контрольных заливок топлива и окислителя. Лабораторные испытания в ВИАМе проводит профессор С.И. Кишкина. При температуре -196°С (жидкий азот) дается 1000 нагружений, затем нагрев до 200°С и повторение нагрузок при -196°С. Это реальный температурно-динамический график полета ракеты "Энергия" (200°С соответствует разогреву ракеты при прохождении атмосферы). Сплав АМгб выдержал 500 циклов, сплав 1201 - 20000 циклов. Мне звонит Глушко, я ему сообщаю эти цифры, он едет отстаивать сплав 1201 в высшие инстанции, ибо все споры каждый раз выходят на уровень ЦК КПСС и правительства.

Мы также показали, что прочность плит из сплава 1201 можно дополнительно повысить, если их нагартовать. Это можно сделать на прокатном стане с длиной валков 5 м. Такой стан - сложное дорогостоящее устройство, весящее многие тысячи тонн. Его изготавливает Новокраматорский завод. Глушко берется продвинуть этот проект, но со станом происходят казусы, как в каком-нибудь авантюрном романе.

Было принято решение правительства установить его на заводе в городе Белая Калитва Ростовской области, и туда пошли первые железнодорожные эшелоны с деталями стана. Но в это время министр авиационной промышленности Дементьев посетил строящийся металлопрокатный завод в Красноярске. Первый секретарь крайкома Федирко попросил его направить этот стан в Красноярск. Аргументы: в Сибири производится алюминий, зачем тащить его в Ростов. Дементьев согласился, и новые эшелоны с оборудованием пошли в Красноярск. Когда Дементьев умер, секретарь Ростовского обкома Бондаренко настоял, чтобы стан установили в Белой Калитве. Доводы: потребители широкого листа - авиационные заводы - в основном находятся в Европейской части СССР. С этим согласились, и новые эшелоны пошли в Калитву.

Пока шла вся эта перепалка, началась перестройка Горбачева. О стане забыли, и он превратился в тысячи тонн железного лома, лежащего в Красноярске и Белой Калитве. И теперь, в начале XXI столетия, чтобы прокатать широкие листы, нам приходится обращаться на завод фирмы Хуговенс в Германии.

Между тем первые водородные баки из сплава 1201 были изготовлены и успешно прошли земные испытания. Как говорится, не так страшен черт, как его малюют. В дальнейшем все водородные баки ракеты "Энергия", как и некоторых других ракет, изготавливались из сплава 1201.

15 ноября 1988 г. состоялся успешный старт "Энергии" с орбитальным самолетом "Буран".