PINCH OF EFFICIENCY OF MACHINING OF MATERIALS FLOW OF HIGH-SPEED DISCRETE CORPUSCLES

Abstract


Circuit diagrammes of machining of materials now in use by a flow of the high-speed magnetic character corpuscles accelerated by energy of explosion of a charge, and implementing effect super-deep permeatings are explored. Efficiency of explosive plans of a throwing of particle fluxes on the basis of a cumulative effect and an end throwing from the point of view of minimisation of account mass of a magnetic character hinge fitting, uniformity of a flow and the square of single-valued machining is shown. The new circuit diagramme of machining of materials in a regime super-deep permeatings at the expense of a configuration of the lower back of a charge in the form of a globe calotte is developed, allowing to execute a throwing of corpuscles in the form of a dilated cone, increasing the square of machining and uniformity of fluence. The method allows to supply volumetric microalloying of metal preform and to increase strength properties.

Full Text

Обработка материалов высокоэнергетичными потоками является наиболее эффективной и перспективной областью технологий по созданию материалов с новыми уникальными свойствами. К данной области относится метод обработки металлов и сплавов потоком высокоскоростных дискретных частиц, разогнанных энергией взрыва в режиме сверхглубокого проникания частиц (СГП частиц), что обеспечивает микролегирование материалов в объеме заготовки и упрочнение. Эффект СГП реализуется в интервале метания скоростей частиц 1-3 км/с при давлении соударения частиц с преградой 10-15 ГПа и более, плотности потока около 1 г/см3, что обеспечивает проникание частиц (дисперсностью порядка 100 мкм) в металлы и сплавы на глубину более сотен размеров частиц [1]. Задачи и обоснование необходимости исследования и разработки. Изначально эффект СГП был открыт и реализован с помощью взрывных ускорителей за счет кумулятивного эффекта, где расходная навеска порошковых частиц размещалась в кумулятивной выемке заряда взрывчатого вещества (ВВ), как, например, показано в работе [2]. В данном методе реализации СГП при инициировании заряда ВВ порядка 10-15 % порошковой навески переходит в рабочую высокоскоростную струю 1 (рис. 1) со скоростью 0,3-0,5 D, где D - скорость детонации взрывчатого вещества, используемого в ускорителе, причем плотность не превышает 1-1,5 г/см3. Основная часть (40-60 %) расходной части порошка 2 имеет скорость 0,1-0,3 D и соответствует значению менее 1 км/с при плотности потока 2-4 г/см3. Остальная часть порошка формируется в виде песта 3 с еще меньшей скоростью. При этом в конструкции кумулятивного ускорителя применяется отсечение низкоскоростной части кумулятивной струи. Поставлена задача повысить эффективность обработки материалов в режиме СГП. Рис. 1. Формирование струи порошковых частиц за счет кумулятивного эффекта: 1 - высокоскоростная струя; 2 - основная часть потока; 3 - пест Результаты работы По результатам ранее проведенных исследований [3] показано, что повышение плотности потока высокоскоростных частиц не приводит к увеличению концентрации проникающих частиц. Наиболее эффективной плотностью с точки зрения проникающей способности частиц является 1 г/см3 или несколько менее. Поэтому наиболее эффективным является переход от формирования сложной кумулятивной струи к метанию потоком с необходимой плотностью. Данные требования реализованы по нескольким схемам - метание частиц торцевым способом (обстрел частицами под разными углами к обрабатываемой поверхности, в том числе косой ударной волной) и с помощью канальных зарядов ВВ. Наибольший эффект был достигнут при обработке материалов по методу торцевого метания частиц энергией взрыва заряда ВВ, при этом поток высокоскоростных порошковых частиц формируется в ориентирующем канале установки [1]. Для данного способа практически 100 % объема частиц формируются в поток с необходимыми энергетическими параметрами, имеются только технологические потери расходной массы порошка. В зависимости от вида элементов и соединений метаемых частиц достигается максимальная концентрации проникающих частиц 4-6 % в объеме заготовки. Повышение эффективности обработки материалов в режиме СГП за счет разгона порошковых частиц энергией взрыва можно произвести по направлению увеличения площади однократной обработки, равномерности распространения потока и минимизации потерь расходной массы порошка. Разработана новая ударно-волновая схема реализации СГП частиц, основанная на метании тонкого слоя порошковых частиц. Конструктивно схема включает заряд взрывчатого вещества, выполненного в нижней части в виде сегмента сферического с радиусом R, задаваемого расчетным соотношением высоты сегмента к диаметру заряда h/d. На нижнюю сферическую поверхность заряда наносят рабочий слой порошковых частиц, что обеспечивает после инициирования заряда формирование потока высокоскоростных дискретных частиц в виде метательного расширяющегося конуса в сторону заготовки и обработку с высокой равномерностью плотности и максимальной площадью обстрела заготовки частицами, реализуя эффект сверхглубокого проникания частиц. Принципиальная схема установки обработки материалов показана на рис. 2. Электродетонатор 1 предназначен для инициирования заряда взрывчатого вещества 2. Рабочий порошковый слой 3 нанесен (возможно клеевым или прессовым способом) на нижнюю сферическую поверхность заряда ВВ. Заготовка 5 располагается в корпусе установки 4 на расчетном расстоянии. Максимальная площадь обработки обеспечивается сферической конфигурацией нижнего среза заряда ВВ в виде сферического сегмента с радиусом R. Необходимый радиус закругления R обеспечивается отношением высоты сферического сегмента к диаметру заряда ВВ в размерной области ориентировочно порядка 0,05 < h/d < 0,2. Площадь нижнего основания конуса метаемых частиц соответствует площади поверхности заготовки 5. Рис. 2. Принципиальная схема установки, обеспечивающей СГП частиц с максимальным охватом площади обработки: 1 - детонатор; 2 - заряд ВВ; 3 - метаемый порошок; 4 - корпус; 5 - заготовка Данная установка обеспечивает режимы сверхглубокого проникания частиц с применением заряда ВВ. Из основных бризантных ВВ применимы вещества с наибольшей скоростью детонации, чтобы обеспечить необходимую скорость метания частиц и их сверхглубокое внедрение. Скорость потока порошковых частиц (дисперсность порядка 1-100 мкм) составляет порядка 1-3 км/с. Плотность потока частиц - до 1,0 г/см3. Давление соударения с матрицей составляет порядка 10-20 ГПа. Обработанные материалы в результате совокупного действия метаемого потока частиц и ударно-волнового воздействия получают фрагментацию микроструктуры. При проникании частиц формируются схлопнувшиеся каналы размером около 1 мкм с наноструктурированной вокруг канала зоной и остатками материалов частиц. Данные режимы обработки также обеспечивают повышение твердости и прочности в 1,2-1,5 и более раз [4]. Установка обеспечивает эффективный угол разлета частиц порядка δ = 60-700. Углы разлета частиц более 900 нецелесообразны, так как имеет место краевой эффект для заготовки, проявляющийся в том, что в краевых областях заготовки изменяется градиент треков частиц. Также может увеличиться доля холостого обстрела частицами, приходящаяся на боковые стенки установки 4. Предлагаемая установка дает уход от больших однократных навесок метаемого вещества к многократным маленьким навескам, тем минимизируя эффект разрушения, вырывания и размывания поверхности исходной заготовки, получаемых от кумулятивных струй с большими навесками рабочего расходного порошка. В целом установка увеличивает площадь обработки частицами матрицы относительно кумулятивных ускорителей [2] на порядок и сокращает расходную массу порошка в несколько раз, обеспечивая эффект сверхглубокого проникания частиц и объемного микролегирования матрицы. Основные выводы по работе: 1. Исследована эффективность основных динамических методов обработки материалов высокоскоростным потоком частиц в режиме СГП и показано, что наиболее эффективным является метание слоя частиц торцевым способом, формирующим поток необходимой плотности. 2. Предложена новая ударно-волновая схема обработки материалов в режиме сверхглубокого проникания частиц, обеспечивающая повышение эффективности однократной обработки за счет максимального охвата площади, однородности плотности потока и минимизации расходной массы порошка.

About the authors

Svetlana E Aleksentseva

Samara State Technical University

244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russia
Ph.D. (Techn.)), Associate Professor.

References

  1. Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. Исследование особенностей обработки металлов и сплавов высокоскоростным потоком дискретных частиц, разогнанных энергией взрыва канальных зарядов и другими динамическими методами // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2013. - № 2. - C. 71-78.
  2. Андилевко С.К., Дыбов О.А., Роман О.В. Осесимметричный взрывной ускоритель с конической выемкой, заполненной порошком // ИФЖ. - 2000. - Т. 73. - № 4. - С. 797-801.
  3. Алексенцева С.Е., Кривченко А.Л. Воздействие потока высокоскоростных дискретных частиц с различными характеристиками на металлы // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2014. - № 2(42). - C. 56-61.
  4. Aleksentseva S.E., Krivchenko A.L. Мaterials for the biomedicine, received by processing metals the high-speed stream of the discrete the particles, generated by the shock wave // Shock Waves in Condensed Matter: Proc. of Int. Conf. - Kiev, Ukraine, 16-21 September. - 2012. - Р. 435-438.

Statistics

Views

Abstract - 24

PDF (Russian) - 4

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2015 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies