העיצוב של מזרזים עבור שירות Cryogenic - מוגדר כטמפרטורות הפעלה מתחת −150 ° C (-238 °F) - מייצג קבוצה של אתגרים שונים מאלה שנפגשו בתנאים מסוימים.ביישומים החל מגז טבעי נוזלי ליקפיד (LNG) לאחסון הנעה טילים ומגנטים מורכבים, ממריץ חייב לשמור על שלמות מבנית, להתנגד לשבר, ולת ממדי שנגרם על ידי שינויים גיאומטרידים, מספק פרוטוקולים מהירים, עיצוב חומרים ממושכים, ובדיקה מהירה, עבור עיצוב חומרים גמישים, ובדיקה מהירה, עיצוב חומרים, ובדיקה מהירה, עיצובים, עיצובים, עיצוב גרפית, עבור עיצוב גרפית, והדרכה מהירה, עבור הגדרות מהירות, עבור עיצוב חומרים גמישה, עיצוב חומרים.

בחירת חומרים עבור מזרז Cryogenic

ההחלטה הביקורתית ביותר בעיצוב מהיר מבוהגנת היא הבחירה של חומר הבסיס.בטמפרטורות נמוכות, פלדות נפוצות רבות עוברות מעבר דוקטרי-לברי, לאבד את היכולת שלהם deformally לפני fracturing ולכן, רק חומרים עם מבנה גביש מעוקב (fcc) ממוקד - או אלה שנשארים קשוחים באמצעות סגסוגת ועיבוד - יש להשתמש בהם לאחר הוכחו כיתות אמינות.

תגיות: Austenitic Stainless Steels

(ב) ציונים אוסטיים כגון AISI 304, 304L, 316, ו 316L הם העורכים של מהירויות Cryogenic.המצומציות שלהם שומרות קשיחות מעולה וארוכות אפילו ב −269 מעלות צלזיוס (4K) עבור כוח גבוה יותר, טמפרטורות קרות (למשל, 316L CW) או חנקן-מהפכה מבנים כגון 304 ק"מ"מאט"מאט"מנקה:

אלומיניום Alloys

מבנה ה-Fcc של אלומיניום מבטיח שרוב ⁇ נשאר דוקטרי בטמפרטורות Cryogenic. Alloys 6061-T6 ו-2219-T87 נפוצים עבור מערכות אפוקליפטיות אוויריות עקב יחס כוח טוב למשקל ולהתנגדות קורוזיה.עבור כוח גבוה יותר, 7075-T73 ניתן להשתמש, אבל מעצבים חייבים לוודא כי אין להציג את הפחתת או הלחץ הקורטוזיציה בתוך הסביבה המבנית המיועדת של ה-R.

Superalloys מבוסס ניקל

עבור כוח קיצוני והתנגדות לרכיבה תרמית, ⁇ כגון Inconel 718 ו- A-286 מועסקים. Inconel 718 שומרת על כ-90% מהחוזק של תנובה החדר שלה ב- -196 מעלות צלזיוס ומציג התנגדות עייפות יוצאת דופן.חומרים אלה נבחרים לעתים קרובות עבור מזרזים בפומפומיות ובמנועי רקטות שבהם ⁇ תרמיים הם מתחים תלולים וגבוהים.

קופר וקופר Alloys

נחושת טהורה ודבורה נחושת (C17200) מציעים מוליכות תרמית גבוהה בשילוב עם קשיחות גבוהה בטמפרטורה נמוכה. C17200 מספק חוזקות Tenile עד 1280 MPa והוא משמש עבור מנעול מחווט, קטן diameter להגדיר ברגים, וחשמל מקרקעות חשמל ב Cryostats. עם זאת, התנהגות הלחץ שלה חייב להיות מוערך בקפידה תחת עומס מתמשך בטמפרטורות נוקשות.

טיטניום Alloys

בעוד טיטניום טהור יכול להיות רגיש לאצ', סגסוגת Ti-6Al-4V (Grade 5) משמש נרחב במריצות Cryopumps ומבנים לווייניים.קשה השבירה שלה ב −196 ° C הוא בערך 50 אחוזים גבוה מאשר בטמפרטורת החדר, ואת מוליכות תרמית נמוכה שלה להפחית את הדליפה לתוך אזורים Cryogenic.

Iron-Nickel Low-Expansion Alloys

Invar (Fe-36Ni) וסגסוגת אחרות מבוקרות נבחרים כאשר המזרז חייב לשמור על יציבות ממדית בטווח הטמפרטורה.חומרים אלה יש מקדם של התרחבות תרמית (CTE) כמעט אפס ליד טמפרטורת החדר ונמוך מאוד בתנאים בכזוגנטיים, מה שהופך אותם אידיאליים עבור הרפסים אופטיים וירטוטים מדויקים בתוך תאים.

השפעות החוזה

בטמפרטורות מבוכות, כל חומר החוזה.ההיקף של התכווצות תלוי ב- CTE החומרי המשולב על הטמפרטורה דלה.עבור מזרז פלדה מ-20 מעלות צלזיוס ל- 196 מעלות צלזיוס, התכווצות ליניארית היא בערך 0.3%; עבור אלומיניום זה בערך 0.45%.

המונחים: retention

כאשר פלדה אל-חלד מדגמת את האלומיניום, האלומיניום חוזים יותר מהברכי.זה יכול להפחית את העומס על ידי 20-50 אחוזים אם לא נחשב עבור.פתרון משותף הוא להשתמש במחסניות בלוויל שנועדו לשמור על עומס על טווח התכווצות, או כדי overshoot the firstload כך שלאחר קירור הדגימה הנותרים עדיין מעל המינימום הנדרש.

המונחים: tolerance

(ב) , למשל, יש קשר בין אם החור השוטף והבור הדבק יש תכונות שונות (למשל, ⁇ ) לבור אלומיניום יכול לתפוס בטמפרטורה נמוכה.מעצבים צריכים לציין את הסימון (למשל, Class 2A/2B או אפילו Class 3A3B עם סובלנות מיוחדת) ולמצנח את החוט מתחיל למנוע את השימוש של LTF:0coldd-Frolls במקום להפחית את העייפות:1.

יישומים עיוורים

בחורים עיוורים, נוזל (במיוחד LNG או חמצן נוזלי) יכול להיות לכוד במהלך ההרכבה ולאחר מכן להתחסן, יצירת לחץ גבוה כאשר המערכת חם. adequate venting באמצעות חורות צלב או קצבאות עבור נוזל לכוד הוא חיוני כדי למנוע הזרקת מזון מהיר.

עמוד הבית > Head Geometry

מזרזי Cryogenic דורשים תכונות עיצוב המפחיתות את עליית הלחץ ולקדם הפצה אחידה של עומס.

טופס

חוטי UNJ (עם רדיוס שורש גדול יותר) מעדיפים על חוטי האו"ם סטנדרטיים כי הם להפחית ריכוז הלחץ על שורש חוטי חוטים, MJ חוטים מציעים את אותו היתרון.רדיוס שורש של לפחות 0.006 ב. עבור גדלים עד 1⁄2 אינץ ' מומלץ. חוטים יפים בדרך כלל מציעים התנגדות גדולה יותר לריצה מתחת לחוט השדרה, אבל הם רגישים יותר כדי סיכה אם הוא מספיק.

עיצוב ראש

⁇ ראש הקס עם צ'אפר רדודה מתחת לראש הם נפוצים, אבל (FLT:0socket הראש cap בורגscioFLT:1 (per ASME B18.3) לספק העברה טובה יותר להורדת גודל שקעים מופחת בכלי ריק צפופים.

תכונות Locking

(הופנה מהדף ⁇ ) לא ניתן להשתמש בטמפרטורות מבוכות כי הפולימר הופך לערעור ומאבד גמישות.במקום, להשתמש ב-FLT:0all-metal Lockes (איור 1 (למשל, לעצור עם חוט מחוספס), אגוזים, או חוט בטיחות.

קואטים ו Lubricationcation for Cryogenic Service

בטמפרטורות מבוכות, שמנים קונבנציונליים ורווחים להקפיא, חיסול כל אפקט סיכה. לכן, פילים סרט יבש מוצק או מחלימים מתכתיים נבחרים נדרשים כדי להפחית את הגלות ולהבטיח התנהגות עקבית של torque.

סרט סולידריות Lubricants

Molybdenum disulfide (MoS2) ופוליטרהפלור (PTFE) הם הנפוצים ביותר. MoS2 שומרת על סיכה למטה עד -200 מעלות צלזיוס ומתחת, למרות המקדם שלה של חיכוך עולה מעט.יישומים הוא באמצעות תרסיס-ו-cure, נותן עובי יבש של 0.000-5 בצד.

Metallic Platings

כסף בשפע (0.0003 ב. עבה) על חוטים ומשטחי נושא הוא הבחירה המסורתית עבור מזרזים מבוהלים בשימוש עם חמצן נוזלי, כי כסף הוא לא חנוק ומתנגד לזריחה. , מזרזים מצופים כסף מפורטים ברבים FLT:0 NASA-STD-STD-STD6001FLT:1 קריאות משולבות עבור יישומים חשמליים, אך השימוש שלהם היה במידה רבה יותר מחוספסת, אך ורק לאחר מכן הפך למגבלות על ידי קדמיון קלושטמין (C) נמוך יותר, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, הוא נעשה מכווץ יותר, אך הוא משמש למגבלותיו של חומר זה נעשה מכווץ יותר, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, אך ורק לאחר מכן, 000.

אנטי-גלובינג סטנדינגס

עבור מפרקים לא מחוסנים, כגון אלה ב Cryostats חדרים נקיים, תהליך מיקרו-פינגווי או ציפוי המרה מפוספס-פרע (על פלדה) יכול להפחית נטיות קרות. Titanium מזרז תועלת מ-FLT:0aluminum-bzeFLT:1 או ציפוי פיזי-vapor-deposition (PVD) למנוע גלההההה-N למנוע גילוח.

בדיקה ואימות של משככי כאבים

בדיקות ריגאוריות בתנאי שירות מדומים הן הכרחיות כדי להתאים עיצוב מהיר.המבחנים הבאים הם סטנדרטים בתעשייה.

מבחן צמיגים נמוך

עקבו אחרי ASTM E1450 (או EN 10002-1 בתא Cryogenic) המדגם שקוע בחנקן נוזלי (- 196 ° C) או נוזל הליום (-269 ° C) בעודו נמשך לכישלון. נתונים כוללים כוח רב עוצמה רב-עוצמה, כוח התשואה, והמשך. a מינימום של 10 אחוזים ב 4D נדרש בדרך כלל עבור מזרז מבני.

תוצאות בדיקות

בדיקות השפעה של Charpy V-notch (ASTM E23) בטמפרטורת השירות המיועד לספק קריטריונים קבלה של קשיחות.עבור פלדות אל-חלדאוס, התרחבות מאוחרת של לפחות 0.015 ב. הוא נפוץ במפרטים אוויריים. כמה מהרצים עשויים גם לדרוש FLT:0fall-hammerFLT:1 בדיקות כדי לדמות את ההשפעה המושרה של ההתקנה.

Torque-Tension ו-Preload Scatter

מבחן להורדת טורק בשקיקה מבועתת (למשל, באמצעות עומס Kistler היהר בתוך קריקטורה LN2-chilled) קובע את ה- nominal to להשיג יעד preload.הפיזור צריך להיות בתוך ±15% כדי להבטיח clamping עקבי.החיכוך coefficient תחת הראש ובחוטים הוא prescribed לשימוש במודלים סופיים.

אופניים חמים

דגימות משותפות מאגדות הן מרוצות בין טמפרטורת החדר וטמפרטורה Cryogenic (למשל, 20 מעלות צלזיוס) −196 ° C -20 ° C) עבור 10-50 מחזורים.עומס Clamp הוא מעקב אחרי כל מחזור. A השפלה גדולה מ -10 אחוזים מצביעה על חולשת עיצוב.מבחן זה חושף כשלים עקב התכווצות, התכווצות, התשואה, או מצמר.

Leak-Tightness in Vacuum Service

עבור מזרזים ש חודרים גבול ואקום, בדיקת דליפת הליום (ASTM E493) לאחר רכיבה על אופניים בכפית חייבת להראות שיעור דליפה מתחת 1 × 10-9 mbar-L /s. Fastener צריך להיות חתום עם כרטיס נחושת PTFE או חותם מתכת-to-metal.

יישומים וסטנדרטי תעשייה

מזרזי Cryogenic נמצאים בשלושה תחומים עיקריים: אנרגיה, אווירוקל, ומכשור מדעי.

גז טבעי נוזלי

(ב) בצמחים LNG (שם −165 ° C הוא טיפוסי), על המזרז לציית ל-FLT:0 ISO 21028-103FLT:1 עבור שסתום Cryogenic ועם FLT:2EN 13445-303303FLT 3 עבור מפרקי לחץ-שלל (LNG) הם לעתים קרובות מצורפים על AISI 304 או 316L, עם שימוש פנימי של 7B.

מנועים טילים

במנועי רקטות שריפת מימן נוזלי (-253 ° C) וחמצן נוזלי (-183 ° C), המזרזים חייבים לשרוד הן טראנסים קרים והן מהירים תרמיים.FLT:0NASA-STD-6001FLT:1 ומדריכי AIAA מציינים חומרים (למשל, Inconel 718, A-286, Ti-6Al-R) ואוסרים ציפויים המבוססים על אבץ שיכול היה להשתמש במנועים של מעבורות חלל.

מגנטים מובילים

בסורקי MRI ומגנטי חלקיקים (ITER), המבנה קריר ל-4K על ידי נוזל helium. Fasteners כאן חייב להיות לא מגנטי (הזרקת אלמנטים ferritic) ולא חייב לצאת גז לתוך הקוויאטרקאט (avastial) 316LN (אשר שולט בתוכן חנקן) הוא הבחירה הסטנדרטית עבור ITERRic רכש תחת LT3F:2C:2F3f:2F3f:2C: 3R: 3R3F3F3F3F3F3F3F3F3F3F3F3F3F3 LT2 LT2F3F3F: 3R: 3R: 3 316D) 316D) 316DV 316D) 316DV 316D.

Space Instruments ו Cryostats

עבור טלסקופי זעקה בחלל (למשל, James Webb Space טלסקופ), מזרזים עשויים מסגסוגת טיטניום ו-Invar, לעתים קרובות עם זהב בשפע כדי להפחית את העברת החום הרדיאני.

המונחים: Best Practices for Cryogenic Fastener design

תכנון מהירנרים אמינים עבור יישומים מבוכים דורש גישה ברמת המערכת.התפיסות המרכזיות הן:

  • (FLT:0Select חומרים עם מבנה גבישי fccFearLT:1) - פלדה אלסטוטית, ⁇ אלומיניום, superalloys מבוסס ניקל, ⁇ טיטניום, ו- beryllium נחושת.
  • (ב) [ה]:0] מנדל התכווצות תרמיות של כפל 1 – חשבו על התכווצות בין הבריח לבין המפרקים באמצעות בלוויל שטפוצים, חזו אובדן טרום עומס, וכושר ניקוי זהיר.
  • (FLT:0) עיצוב להפחתה בריכוז ריכוזי לחץ 1:1 - השתמש בחוטי UNJ / MJ, מלא נדיב קורני, ואורך מבוקר נסחף כדי למנוע פסים.
  • (ב) ,0) להעסיק פילים סרטניים יבשים או שפע מתכתי 1 - MoS2 או כסף בשפע כדי למנוע גירוד ולהבטיח יחסים צפויים של לחץ דם.
  • (FLT:0)Validate עם בדיקות CryogenicFLT:1 - רבייה, השפעה, לחץ על טורק ובדיקות אופניים תרמיות לתקני ASTM ו- ISO.
  • (FLT:0) באופן בלעדי עם סטנדרטים ספציפיים בתעשייה 1FIRLT 1) - ISO 21028 עבור LNG, נאס"א-STD-6001 עבור אווירופייס, ו- ASME קוד חלקי עבור כלי לחץ.

על ידי יישום עקרונות אלה, מהנדסים יכולים לציין ממריצים המבצעים בבטחה ושוב בסביבה הבכינית התובענית ביותר.

לקריאה נוספת, ייעוץ (FLT:0ASTM E1450 - שיטת מבחן סטנדרטי לבדיקת חומרים מתכתיים בטמפרטורות נמוכות FLT:1, FLT:2NASA-STD-6001 - Fastener Procurement SpecificationFLT 3: ו-FLT:4 ISO 210-1- Cryogenic Vessel - Fastsph:5:5sFLT 3.