195139. lajstromszámú szabadalom • Módosított eljárás öntvényeknek, főként a földinél kisebb gravitációs erőtérben való készítésére
195139 A találmány tárgya egy módosított eljárás öntvényeknek főként a földinél kisebb gravitációs erőtérben való készítésére. A tárgyak, alkatrészek jelentős részét öntvényként állítják elő. Az öntvénykészítés, az öntés elve egyszerű: valamilyen módon — például homokban, kerámiában, fémben — kialakítják az öntvény kívánt alakjának megfelelő formaüreget. A formaüreget járulékos üregekkel, csatornákkal egészítik ki, amely utóbbiak földi körülmények között legalább részben magasabban helyezkednek el, mint a tulajdonképpeni formaüreg. Ezután az öntvény anyagát megolvasztják, s a járulékos üregeken kialakított beöntőnyíláson át a formaüregbe öntik. Az öntvény anyagát képező olvadt fém fajtérfogata az öntést követő hűlés közben, különösen megdermedés közben csökken (fogyás). Teljes, ép öntvényre csak akkor számíthatunk, ha a tulajdonképpeni formaüregen kívül, a magasabban levő járulékos üregekben (tápfejekben, felöntésekben) is van olvadt fém, amely a dermedéssel járó fogyás nyomán, gravitációs erőhatásra a formaüregbe nyomulva pótolja a mindenkori hiányt, táplálja az öntvény kialakulását. Ürobjektumokon, űrállomásokon nem vagy csak alig érvényesül gravitációs hatás. A gyakorlati űr-anyagtechnológia egyik legfontosabb feladata éppen az, hogy gravitációmentes vagy legalább mikrogravitációs térben kristályosítson különleges anyagokat, alkatrészeket. Az eddigi űrkísérletek azonban megerősítették azt az egyébként előre is látott körülményt, hogy különleges fogások nélkül a megolvasztott és ismét kristályosodó anyagok nem tartják, nem kapják meg előirányzott alakjukat. Az űrkörülmények között használható alakos öntésre nézve eddig kevés javaslat született. Az egyik javaslat szerint az öntvény anyagából a Földön elkészítenék a darab végleges alakját, amelynek így csak az anyagszerkezete térne el a kívánttól (vö.: H.SPRENGER, Skin Technology — Fundamentals and Applications, Proc, of the 4th European Symposium on Material Sciences under Microgravity, Madrid, Spain, 5-8 April 1983, 353- 358. ESA Sp-191-June 1983.). A darabot ezután egy megfelelő, vékony felületi bevonattal látják el, amely kellően szilárd, hőálló, s amelynek anyaga ellenáll a fémolvadék hatásának. A bevont darabot az űrobjektumra szállítva, s ott felmelegítve a darab anyaga megolvad. Azt várják, hogy a meg nem olvadó, s az olvadéknak ellenálló bevonat eredeti alakjában megtartja a darabot. Célszerűen irányított hűtéssel ezután az olvadék az űrkörülményeknek megfelelően ismét megszilárdítható, s ezzel a Földön kialakított alakú, de űrkörülmények között dermedt, kívánt tulajdonságú alkatrészekhez lehet jutni. 1 Az eddigi űrkísérletek csak részben igazolták az elképzelések helyességét. A fentiek szerint megolvasztott és ismét kristályosított darabok nem reprodukálták az eredeti alakot, hanem deformálódtak. Ennek kézenfekvő magyarázata az, hogy a darabra a Földön, szobahőmérsékleten felvitt, a forma szerepét betöltő réteg természetszerűen nem akadályozhatja meg a darab anyagának hőtágulását. A felületi réteg a hőtágulást vagy deformálódva követi, vagy annak hatására el kell repednie. Különösen nem akadályozhatja meg a felületi réteg a megolvadással ^áró, többnyire jelentős fajtérfogatnövekeiést. A keletkező olvadéknak valahová ki kell térnie; vagy tovább deformálja a réteget, s ezzel végképp elveszik az eredeti alak pontossága, vagy az olvadék valahol kitör a formából. Ily módon illúzórikussá válik a megszilárdulás utáni alak, hiszen nincs esélye annak, hogy dermedés közben mindezek a hatások reverzibilisen menjenek végbe. A 186.606 sz. „Eljárás öntvényeknek főként a földinél kisebb gravitációs erőtérben való készítésére" című magyar szabadalom a nehézséget azzal hidalja át, hogy az öntvény alapanyagát önmagában ismert módon a kívánt alakra hozza, valamely hőálló réteggel bevonja, de tágulási térrel látja el, s az alapanyagot a tágulási tér felől olvasztja meg. A megolvadó anyag térfogat-többlete ily módon a tágulási térbe térhet ki. Elmarad tehát a hőálló réteg deformációja, törése vagy az olvadék feleslegének kibugygyanása; ezek a jelenségek egyébként mind bekövetkeztek többek között a szovjet-magyar közös űrrepülés révén megvalósított BEALUCA űrmetallúrgiai kísérletünk során is. A tágulási tér valóban megoldotta az olvadáskor fellépő térfogatnövekedés problémáját. Megfelelő méretezés esetén, ha a tágulási tér falát az olvadék nem nedvesíti, az öntvény ismételt kristályosodásakor a tágulási térben fellépő, a higanyos hőmérőknél is tapasztalható kapilláris hatás visszanyomja az olvadékot az eredeti helyére, s így a tágulási tér a földi tápfejekhez hasonló eredménnyel jár. Az időközben végzett vizsgálatok során megmutatkozott azonban, hogy különösen nagyobb darabméretek esetében a szobahőmérsékleten felvitt, egyelőre szükségképpen keramikus anyagból készülő, felületi réteg nem követi a végleges alakú és anyagú, de nem végleges struktúrájú öntvénynek a szobahőmérséklet és az olvadási hőmérséklet között végbemenő hőtágulását. A felületi réteg a kis hőtágulás miau inkább repedezik, törik, s ezzel alkalmatlanná válik a végleges formaadásra. Várható, hogy idővel kifejlesztenek olyan bevonó anyagokat, amelyeknek hőtágulása megegyezik az öntvények anyagának hőtágulásával vagy legalább is képlékenyen követni tudják majd az öntvények anyagának szilárd állapotban végbemenő hőtágulását. 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
