铝 6061-RAM2 是一种为增材制造 (AM) 工艺开发的高强度铝原料。这种合金利用了反应增材制造 (RAM) 技术。RAM 铝合金被开发为可焊接(因此可打印),同时强度性能等于或超过高强度锻造铝合金。NASA 和行业合作伙伴开发了激光粉末定向能量沉积 (LP-DED) 增材制造 Al6061-RAM2,用于航空航天应用。工作包括建立构建参数、表征合金、制造组件以及完成复杂内部通道冷却喷嘴的热火测试。这些工作是为了满足对使用高性能轻质材料的大型部件日益增长的需求。两个火箭发动机喷嘴是使用包括整体冷却通道的 LP-DED Al6061-RAM2 制造的。Al6061-RAM2 已完成工艺开发并确定了初始性能。本文概述了 LP-DED 工艺开发、材料特性和性能、组件制造、补充开发和热火测试。本文提供了使用液氧 (LOX)/液氢 (LH2) 和液氧/甲烷 (LCH4) 的着陆器级 31 kN (7,000 lb f ) 推力发动机的热火测试结果。
增材制造 (AM) 提供了新的设计和制造机会,可以降低成本和缩短工期、整合零件并优化性能。正在评估的一项技术是激光粉末定向能量沉积 (LP-DED),与激光粉末床熔合 (L-PBF) 相比,该技术可显著提高规模。NASA 和行业合作伙伴一直在开发 LP-DED 工艺,以展示用于液体火箭发动机通道冷却喷嘴的内部通道几何形状和开发组件。优化液体火箭发动机在极端高压和氢环境中的材料仍然是一项关键挑战。NASA 已经开发出一种名为 NASA HR-1(耐氢 -1)的辅助材料作为使用 AM 技术的解决方案。NASA HR-1 是一种高强度 Fe-Ni 高温合金,旨在抵抗高压、氢环境脆化、氧化和腐蚀。NASA HR-1 满足液体火箭发动机部件的材料要求,包括良好的耐氢性、高导电性、良好的低周疲劳性能以及高热通量环境中部件的高伸长率和强度。除了供应链的进步之外,高密度薄壁材料的材料特性和工艺特性已经完成。NASA 还在 LP-DED NASA HR-1 中完成了几个缩比和全尺寸通道壁喷嘴的制造,并完成了热火测试。这包括改进工艺以生产薄壁和各种通道几何形状,以满足通道壁喷嘴应用的要求。本文将概述 LP-DED 工艺开发、材料特性和特性、组件制造和热火测试。使用液氧 (LOX)/甲烷对着陆器级 7K-lbf 推力室完成了热火测试。除了硬件开发之外,还将介绍热火测试的设计概述和结果,以供未来在 2K-lbf 和 35k-lbf 推力室和大型制造技术演示器上进行测试。
增材制造 (AM) 通过提供快速制造能力,彻底改变了液体火箭发动机的部件设计。这为推进行业的开发和飞行计划带来了重大机遇,从而节省了成本和时间,并通过新设计和合金开发提高了性能。一个值得注意的例子是 GRX-810 氧化物弥散强化 (ODS) 合金,它是专门为极端温度而开发的。这种镍钴铬基合金是使用集成计算材料工程 (ICME) 技术创建的,旨在专注于具有出色温度和抗氧化性能的新型材料。GRX-810 合金利用 AM 工艺将纳米级氧化钇颗粒融入其整个微观结构中,从而实现了显着的增强。与传统的镍基高温合金相比,GRX-810 合金的抗拉强度提高了两倍,蠕变性能提高了 1,000 倍,抗氧化性能提高了两倍。 NASA 成功展示了使用 GRX-810 合金通过激光粉末床熔合 (L-PBF) 和激光粉末定向能量沉积 (LP-DED) 工艺开发和制造部件。我们付出了大量努力来建模、评估冶金性能、开发热处理工艺、表征微观结构和确定机械性能。GRX-810 合金专为航空航天应用而设计,包括液体火箭发动机喷射器、预燃器、涡轮机和热段部件,可承受高达 1,100°C 的温度。开发这种合金的目的是缩小传统镍基高温合金和耐火合金之间的温度差距。本文对 GRX-810 合金与其他航空航天合金进行了全面的比较,讨论了其微观结构、机械性能、加工进步、部件开发和热火测试结果。此次研发的最终目标是提升 GRX-810 合金的技术就绪水平 (TRL),使其能够融入 NASA 和商业航空航天应用。
•LP-DED AL6061-RAM2原料规范和验证•LP-DED过程开发和验证•微结构和机械性能表征•热火测试7k-LBF推力类别再生冷却的喷嘴•打印大型再生式示威者NONOUGHESTOR NONOKELES NONUGHESTOR notuke notazzer
氢气测试 • 9 次热火测试,主级总时长 302.8 秒 • 最大压力 ~829 psi,最大磁阻 ~7.02,最大推力 5,740 lb f 甲烷测试 • 11 次热火测试,主级总时长 254.2 秒 • 最大压力 ~760 psi,最大磁阻 ~3.65,最大推力 5,662 lb f 总体而言 • 项目完成了 22 个循环,平均时长 ~557 秒
铝6061-RAM2是一种用于添加剂制造(AM)工艺开发的高强度铝原料。这种合金利用了反应性添加剂制造(RAM)技术。开发了RAM铝合金是可焊接的(因此可打印),而高强度锻造铝合金的强度特性则相等或超过强度。NASA和行业合作伙伴开发了激光粉末定向能量沉积(LP-DED)的AL6061-RAM2添加剂制造,以用于航空航天应用。的努力包括建立构建参数,表征合金,制造组件以及完成复杂的内部通道冷却喷嘴的热火测试。这些努力是针对使用高性能轻重量材料对大规模零件的日益增长的需求。使用LP-DED AL6061-RAM2制造了两个火箭发动机喷嘴,其中包括积分冷却通道。AL6061-RAM2已完成过程开发,并建立了初始属性。本文概述了LP-DED工艺开发,材料表征和性能,组件制造,补充开发和热火测试。使用液体氧(LOX)/液体氢(LH2)和Lox/甲烷(LCH4)提供了针对着陆级31 kN(7,000 lb F)推力发动机的热火测试结果。
高温和恶劣环境下的制造。• 合金包括 GRCop-42、GRCop-84、NASA HR-1、GRX-810、耐火材料基 (C103)。• 制造所需组件和材料性能的 AM 工艺已经成熟。• NASA 已对这些合金进行了超过 50,000 秒和 1400 次热火测试。• 商业空间正在积极使用这些合金进行开发和飞行灌注。• 数据和属性可供商业和政府合作伙伴使用。
9 Gradl, P.、Greene, S.、Protz, C.、Bullard, B.、Buzzell, J.、Garcia, C.、Wood, J.、Osborne, R.、Hulka, J. Cooper, K. 液体火箭发动机燃烧装置的增材制造:工艺开发和热火测试结果摘要。第 54 届 AIAA/SAE/ASEE 联合推进会议,AIAA 推进和能源论坛,(AIAA 2018-4625)。2018 年 7 月 9 日至 12 日。俄亥俄州辛辛那提。
基于参考文献:•Gradl,P。,Brandsmeier,W.,Calvert,M。等,“添加剂制造概述:推进应用程序,设计和经验教训。 演示,” M17-6434。 12月1日(2017年)。 •ASTM委员会F42关于添加剂制造技术。 添加剂制造技术的标准术语ASTM标准:F2792-12A。 (2012)。 •Gradl,P.R.,Greene,S.E.,Protz,C.,Bullard,B.,Buzzell,J.,Garcia,C.,Wood,J.,Osborne,R.,Hulka,J。和Cooper,K.G.,2018。 液体火箭发动机燃烧设备的添加剂制造:过程开发和热火测试结果的摘要。 在2018年联合推进会议上(第4625页)。 •Ek,K。,“添加剂制成的金属”,科学硕士论文,KTH皇家理工学院(2014年)。基于参考文献:•Gradl,P。,Brandsmeier,W.,Calvert,M。等,“添加剂制造概述:推进应用程序,设计和经验教训。演示,” M17-6434。12月1日(2017年)。•ASTM委员会F42关于添加剂制造技术。添加剂制造技术的标准术语ASTM标准:F2792-12A。(2012)。•Gradl,P.R.,Greene,S.E.,Protz,C.,Bullard,B.,Buzzell,J.,Garcia,C.,Wood,J.,Osborne,R.,Hulka,J。和Cooper,K.G.,2018。液体火箭发动机燃烧设备的添加剂制造:过程开发和热火测试结果的摘要。在2018年联合推进会议上(第4625页)。•Ek,K。,“添加剂制成的金属”,科学硕士论文,KTH皇家理工学院(2014年)。