Nghiên cứu khảo sát thành phần, tổ chức tế vi và cơ tính của một số chi tiết trong thân - Cánh tên lửa Kh-35E

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 133 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT THÀNH PHẦN, TỔ CHỨC TẾ VI VÀ CƠ TÍNH CỦA MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG THÂN-CÁNH TÊN LỬA Kh-35E Vũ Ngọc Toán*, Đinh Văn Long, Nguyễn Thị Hương, Phùng Khắc Nam Hồ, Ngô Văn Hoành Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học, tổ chức tế vi và cơ tính của các chi tiết gồm vít gá lắp đầu nổ vào khoang 2 (vít gá), vấu treo quả đạn (giá treo), pittong trong cánh lái (pittong cánh) và chốt pittong. Kết quả nghiên cứu cho thấy các chi tiết trên được chế tạo từ thép hợp kim tương đương mác 30XГCA và 20X13 của Nga. Tổ chức tế vi ở dạng xoocbit và trustit. Từ khóa: Tên lửa Kh35-E; Thân-cánh tên lửa; Thép hợp kim. 1. MỞ ĐẦU Tên lửa đất đối hải Kh-35 và tổ hợp tên lửa hải đối hải “Uran” được Liên Xô thiết kế chế thử từ những năm 1980 nhằm trang bị cho các tàu chiến cỡ nhỏ và cỡ trung bình. Trong đó, thân-cánh có cấu trúc dạng khung với nhiều mối hàn chịu lực đã được xử lý nhiệt, thiết kế mang tính khí động học, có độ cứng cao, bền nhiệt và bền môi trường. Chúng cho phép bảo quản, chịu được tác động của môi trường phát sinh trong quá trình khai thác tên lửa, đồng thời đảm bảo kín bụi, kín khí, cách ẩm, bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi tác động của trường điện từ [1-2]. Các chi tiết vít gá, giá treo, pittong cánh, chốt pittong thuộc thân-cánh của tên lửa Kh- 35E đều được chế tạo từ nhóm thép hợp kim. Trong thành phần của các loại thép này thường chứa các nguyên tố hợp kim như: Cr, Ni, Mn, Si, Mo, W, Ti, Co, Nb... So với thép cacbon, các loại thép hợp kim này có cơ tính cao hơn. Ngoài ra, tính chịu nóng, khả năng chống ăn mòn cũng được cải thiện rõ rệt [3-4]. Hiện nay, chúng ta đang có chủ chương hợp tác với Liên bang Nga về việc chuyển giao công nghệ chế tạo tên lửa Kh-35E và từng bước nghiên cứu thiết kế, chế tạo loại tên lửa này. Do vậy, nghiên cứu khảo sát thành phần và tính năng cơ lý của các mẫu vật liệu cơ bản trong tên lửa Kh-35E là một bước cơ sở quan trọng, có ý nghĩa thực tế cao, định hướng cho các nghiên cứu thiết kế, chế thử trong các giai đoạn tiếp theo. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu đánh giá thành phần hóa học, tổ chức tế vi và độ cứng của các chi tiết vít gá, giá treo, pittong cánh, chốt pittong trong thân cánh của tên lửa Kh-35E. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Vật tư Các chi tiết sử dụng để nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học, tổ chức tế vi và độ cứng trong thân-cánh của tên lửa Kh-35E bao gồm: Vít gá lắp đầu nổ vào khoang: 04 chi tiết, các chi tiết được ký hiệu theo thứ tự lần lượt là vít gá 1, vít gá 2, vít gá 3 và vít gá 4. Vấu treo quả đạn: 03 chi tiết, các chi tiết được kí hiệu theo thứ tự lần lượt là giá treo 1, giá treo 2 và giá treo 3. Pittong trong cánh lái: 04 chi tiết, các chi tiết được kí hiệu theo thứ tự lần lượt là pittong cánh 1, pittong cánh 2, pittong cánh 3, pittong cánh 4. Chốt pittong: 04 chi tiết, các chi tiết được kí hiệu theo thứ tự lần lượt là chốt pittong 1, chốt pittong 2, chốt pittong 3, chốt pittong 4. Hóa học & Kỹ thuật môi trường V. N. Toán, , N. V. Hoành, “Nghiên cứu khảo sát thành phần tên lửa Kh-35E.” 134 Các chi tiết này được lấy ra sau quá trình tháo rời các chi tiết ở thân cánh của tên lửa Kh-35E. Do các chi tiết trên được tháo ra từ một quả tên lửa Kh-35E duy nhất, yêu cầu không phá hủy mẫu nên quá trình nghiên cứu đánh giá thành phần hóa học, tổ chức tế vi và độ cứng được tiến hành bằng phương pháp phân tích không phá hủy. 2.2. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu đánh giá Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ trên thiết bị PMI Master Plus, Mỹ theo tiêu chuẩn ASTM E415-08 tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA), Viện Khoa học Vật liệu/Viện Hàn lâm KH-CN Việt Nam. Phương pháp hiển vi kim tương được thực hiện trên kính hiển vi AXIOVERT 40 MAT theo tiêu chuẩn ASTM E407-07 với bộ đo độ cứng tế vi MHT-10 của Đức tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA), Viện Khoa học Vật liệu/Viện Hàn lâm KH-CN Việt Nam. Độ cứng được thực hiện trên thiết bị AVK-C0/Mitutoyo (Nhật Bản) tại Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA), Viện Khoa học Vật liệu/Viện Hàn lâm KH-CN Việt Nam. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả phân tích các vít gá và giá treo Bốn chi tiết vít gá được phân tích thành phần theo phương pháp quang phổ phát xạ. Kết quả được chỉ ra trong bảng 1. Bảng 1. Thành phần hóa học của các chi tiết vít gá (%). Loại mẫu Chỉ tiêu C Mn Cr Cu Ni Mo Vít gá 1 0,29656 1,1053 0,98027 0,10224 0,09956 0,03615 Vít gá 2 0,28126 1,0704 1,0002 0,10630 0,10029 0,03261 Vít gá 3 0,28063 1,0734 0,99726 0,10901 0,10119 0,03338 Vít gá 4 0,28295 1,0899 0,98577 0,10075 0,09791 0,03343 Loại mẫu Chỉ tiêu V Al Si P S Fe Vít gá 1 0,02307 0,06229 1,1039 0,01438 0,00904 Còn lại Vít gá 2 0,02306 0,07014 1,1071 0,01725 0,00822 Còn lại Vít gá 3 0,02238 0,06772 1,1024 0,01688 0,00773 Còn lại Vít gá 4 0,02274 0,06401 1,0822 0,01426 0,00961 Còn lại Bảng 2. Thành phần hóa học của các chi tiết giá treo (%). Loại mẫu Chỉ tiêu C Mn Cr Cu Ni Mo Giá treo-1 0,28883 0,89848 0,86339 0,09186 0,07258 0,02511 Giá treo-2 0,28770 0,89524 0,87094 0,10623 0,07060 0,02418 Giá treo-3 0,28612 0,90186 0,87045 0,10505 0,07009 0,02468 Loại mẫu Chỉ tiêu V Al Si P S Fe Giá treo-1 0,02076 0,03713 1,0160 0,01395 0,00642 Còn lại Giá treo-2 0,01895 0,03609 1,0082 0,01243 0,00611 Còn lại Giá treo-3 0,01895 0,03790 1,0019 0,01307 0,00619 Còn lại Đối chiếu với tiêu chuẩn ΓOCT 4543-71 thì thành phần của 04 chi tiết vít gá và 03 chi tiết giá treo tương ứng với cùng một loại thép mác 30XГCA. Ba nguyên tố hợp kim chính của loại thép này là Cr, Mn, Si với thành phần mỗi loại khoảng 1 %. Mn và Si là hai Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 135 nguyên tố ảnh hưởng mạnh đến độ cứng và độ bền nhưng lại làm xấu độ dẻo và độ dai của ferit, chính vì vậy, trong hợp kim này, 2 nguyên tố Mn và Si thường giới hạn không quá 1  2%. Nguyên tố Cr có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hóa bền ferit nhưng không làm giảm mạnh độ dẻo dai của ferit, thậm chí khi hàm lượng Cr  1% độ dẻo dai của ferit còn tăng. Thành phần P và S  0,025%, chứng tỏ đây là nhóm thép chất lượng cao. Các nguyên tố tạp chất Cu, Ni, V, Mo, Al với hàm lượng nhỏ không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thép. Hàm lượng Al > 0,05% cho thấy, thép này có sử dụng Al để khử oxy trong quá trình tinh luyện. Với sự có mặt đồng thời của Cr và Mn, khi ram thép dễ xảy ra hiện tượng ròn ram. Để khắc phục hiện tượng này, sau khi ram cần làm nguội nhanh trong dầu hoặc nước [5-6]. Công nghệ gia công cơ khí đối với loại thép này là biến dạng nóng (rèn, dập, ép miết ). Tiến hành phân tích tổ chức tế vi và đo độ cứng 04 chi tiết vít gá và 03 chi tiết giá treo. Kết quả chỉ ra trong bảng 3 và hình 1. Bảng 3. Độ cứng trung bình của các chi tiết vít gá và giá treo. Chỉ tiêu Chi tiết Vít gá 1 Vít gá 2 Vít gá 3 Vít gá 4 Giá treo-1 Giá treo- 2 Giá treo- 3 Độ cứng trung bình (HV) 275 328 281 301 283 280 335 Kết hợp độ cứng và ảnh tổ chức tế vi của 04 chi tiết vít gá, 03 chi tiết giá treo có thể nhận thấy rằng tổ chức điển hình của các loại thép này là xoocbit. Tổ chức này được hình thành khi ram mactenxit ở nhiệt độ cao 600  650oC, đảm bảo cho chi tiết có giới hạn bền và giới hạn chảy đủ cao trong khi độ dai va đập vẫn được đảm bảo. Vì vậy, có thể dự đoán phương pháp xử lý nhiệt đối với các chi tiết vít và giá treo là tôi 860  880oC, nguội trong dầu và ram cao 600  650oC sau đó nguội nhanh trong dầu hoặc nước. Vít gá 1 Vít gá 2 Vít gá 3 Vít gá 4 Hình 1. Ảnh tổ chức tế vi của 04 chi tiết vít gá và 03 chi tiết giá treo, 500x. 3.2. Kết quả phân tích các pittong cánh và chốt pittong Phân tích thành phần hóa học các chi tiết pittong cánh và chốt pittong bằng phương pháp quang phổ phát xạ. Kết quả chỉ ra trong bảng 4 và bảng 5. Giá treo 1 Giá treo 2 Giá treo 3 Hóa học & Kỹ thuật môi trường V. N. Toán, , N. V. Hoành, “Nghiên cứu khảo sát thành phần tên lửa Kh-35E.” 136 Bảng 4. Thành phần hóa học (%) và độ cứng (HV) của các chi tiết pittong cánh. Loại mẫu Chỉ tiêu C Mn Cr Cu Ni Mo V Al Pittong cánh 1 0,1970 0,2760 13,3000 0,1010 0,4240 0,0270 0,0260 0,0339 Pittong cánh 2 0,2030 0,2700 13,5000 0,0979 0,4140 < 0,0050 0,0270 0,0246 Pittong cánh 3 0,1980 0,2610 13,2000 0,0946 0,4230 < 0,0050 0,0253 0,0257 Pittong cánh 4 0,2100 0,4340 13,6000 0,1520 0,3570 0,0653 0,0290 0,0454 Loại mẫu Chỉ tiêu Co Si Nb Ti P S Fe Độ cứng HV Pittong cánh 1 0,0180 0,2640 0,0399 0,0093 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 252 Pittong cánh 2 0,0193 0,2530 0,0465 0,0094 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 247 Pittong cánh 3 0,0152 0,2530 0,0393 0,0093 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 252 Pittong cánh 4 0,0175 0,4470 0,0465 0,0116 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 338 Bảng 5. Thành phần hóa học (%) và độ cứng (HV) của các chi tiết chốt pittong. Loại mẫu Chỉ tiêu thành phần hóa học (%) C Mn Cr Cu Ni Mo V Al Chốt pittong 1 0,1960 0,4790 13,7000 0,1470 0,3010 0,0609 0,0244 0,0365 Chốt pittong 2 0,2080 0,4380 13,8000 0,1400 0,3240 0,0581 0,0292 0,0358 Chốt pittong 3 0,2040 0,4840 13,5000 0,1130 0,2920 0,0489 0,0235 0,0464 Chốt pittong 4 0,2100 0,4340 13,6000 0,1520 0,3570 0,0653 0,0290 0,0454 Loại mẫu Chỉ tiêu Co Si Nb Ti P S Fe Độ cứng HV Chốt pittong 1 0,0148 0,443 0 0,0550 0,0146 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 342 Chốt pittong 2 0,0186 0,440 0 0,0458 0,0098 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 341 Chốt pittong 3 0,0136 0,412 0 0,0403 0,0103 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 338 Chốt pittong 4 0,0175 0,447 0 0,0465 0,0116 < 0,0010 < 0,0010 Còn lại 339 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 137 Từ kết quả phân tích thành phần hóa học tại bảng 4 và bảng 5 cho thấy, vật liệu chế tạo 04 chi tiết pittong cánh và 04 chi tiết chốt pittong tương đương mác 20X13 của Nga theo ΓOCT 5632-72. Ngoài cacbon, thành phần hợp kim chính của thép này là Cr. Hàm lượng Cr cao để tạo cho thép có tổ chức pha autenit dư và mactenxit. Thép này có tính chất chống ăn mòn tốt, thuộc nhóm thép không gỉ mactenxit. Chúng thường sử dụng để làm những chi tiết có độ dẻo cao, chịu tải trọng va đập, những chi tiết chịu môi trường xâm thực yếu [5, 7, 8]. Loại thép này đạt được tính ổn định chống ăn mòn cao nhất sau khi tôi, ram và đánh bóng. Ảnh tổ chức tế vi của 04 chi tiết pittong cánh và 04 chi tiết chốt pittong trong thân cánh tên lửa Kh-35E được chỉ ra trong hình 2. Pittong cánh 1 Pittong cánh 2 Pittong cánh 3 Pittong cánh 4 Chốt pittong 1 Chốt pittong 2 Chốt pittong 3 Chốt pittong 4 Hình 2. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu pittong cánh và chốt pittong, 500x. Từ kết quả ở hình 2 và độ cứng trung bình cho thấy các chi tiết pittong cánh 1, pittong cánh 2, pittong cánh 3, pittong cánh 4 có tổ chức xoocbit. Tổ chức này được tạo ra sau khi ram mactenxit ở nhiệt độ cao 600  650oC. Các chi tiết chốt pittong 1, chốt pitong 2, chốt pittong 3, chốt pittong 4 đều có tổ chức dạng trustit. Tổ chức này được tạo thành khi ram mactenxit ở nhiệt độ trung bình 400  600oC [8,9]. 4. KẾT LUẬN Thành phần hóa học, tổ chức tế vi và độ cứng của 15 chi tiết gồm: 04 chi tiết vít gá, 03 chi tiết gá treo, 04 chi tiết pittong cánh và 04 chi tiết chốt pittong đã được phân tích. So sánh các kết quả thu được với ΓOCT 4543-71 và ΓOCT 5632-72 nhận thấy các chi tiết này đều được chế tạo từ các mác thép 30XГCA và 20X13 của Liên bang Nga. Tổ chức tế vi của các chi tiết vít gá, giá treo, pittong cánh có dạng xoocbit còn chốt pittong có dạng trustit. Những kết quả nghiên cứu nhận được mang tính chất cơ sở, có ý nghĩa tham khảo và định hướng cho các nghiên cứu thiết kế chế tạo sau này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Văn Thọ, “Giới thiệu tổ hợp tên lửa uran-E”, Trung tâm KHKT-CNQS, Hà Nội, (2004). [2]. Nguyễn Thế Phiệt, “Lý thuyết động cơ tên lửa”, Học viện Kỹ thuật quân sự (1995). [3]. Christopher F. Foss, “Jane’s armour and artillery”, Sentinel House, UK, (2003-2004). [4]. C.И. Х. Фахрутдинов, А. В. Котельников, “Конструкция ипроектирование Hóa học & Kỹ thuật môi trường V. N. Toán, , N. V. Hoành, “Nghiên cứu khảo sát thành phần tên lửa Kh-35E.” 138 ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для машиностроительных вузов”, М. Машиностроение, (1987). [5]. [6]. [7]. [8]. [9]. B. Г. Александров, Б. И. Базанов, “Справочник по авиационным материалам и технологии их применения”, M. Траиспорт, (1979). Gost 4543-71, “Kết cấu thép hợp kim, thông số kỹ thuật”. Gost 5632-72, “Thép hợp kim cao và các hợp kim chống ăn mòn, chịu lửa, chịu nhiệt”. Nghiêm Hùng, “Kim loại học và nhiệt luyện”, NXB ĐH và THCN, (1979). Lê Công Dưỡng, “Vật liệu học”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, (1997). ABSTRACT RESEARCHING IN CHEMICAL COMPOSITION, MICROSCOPIC STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF SOME DETAILS IN BODY-WING LAUNCHER Kh-35E In this paper, results of studies evaluating the chemical composition, microscopic structure and mechanical properties of the body-wing details including set screw, pylon, piston pin, piston wing in the body-wing of the rocket launcher Kh- 35E are introduced. The analysis results show that the details are made from alloy steel mark 30XГCA and 20X13, there was microscopic structure transformation in xoocbite and trustite. Keywords: Kh-35E rocket; Body-wing rocket; Steel alloy. Nhận bài ngày 18 tháng 4 năm 2018 Hoàn thiện ngày 30 tháng 5 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 08 tháng 6 năm 2018 Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. *Email: vntoanchem@gmail.com.