Главная Коллекция "Revolution" Физика и энергетика Процессы в металлических материалах при сверхглубоком проникании частиц, разогнанных энергией взрыва

Процессы в металлических материалах при сверхглубоком проникании частиц, разогнанных энергией взрыва

Экспериментальное исследование процессов, происходящих в металлических материалах при их обработке потоком частиц, разогнанных энергией взрыва, в режиме сверхглубокого проникания. Исследование кинетики взаимодействия потока частиц с продуктами детонации.

Рубрика Физика и энергетика
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 10.08.2018
Размер файла 559,2 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Основное содержание работы

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируется современное состояние проблемы. Представлен анализ высокодинамичных процессов, происходящих при воздействии на материалы ударных волн и потоков высокоскоростных дискретных частиц. Рассмотрено образование дефектов в материале преграды при деформации ударной волной и взрывное упрочнение, сопровождающее воздействие ударных волн на материал преграды. Рассмотрены представления об эффекте сверхглубокого проникания потока дискретных частиц, разогнанных энергией взрыва, в том числе гипотетические модели, которые с той или иной позиции объясняют физическую картину явления.

На основании проведенного обзора сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе описывается оборудование, объекты, методы и методики исследований, проводится обоснование выбора способа высокоскоростного нагружения металлов и определение параметров взрывчатых веществ, применяемых при экспериментах.

Объектами исследований выбраны следующие материалы: конструкционная углеродистая сталь - Ст. 3 и инструментальная углеродистая сталь - У8. Разработана методика обработки преград потоком частиц, разогнанных энергией взрыва установками с направляющим каналом - для обработки локальных участков и без него - для обработки значительных поверхностей, причем с различными углами соударениями потока частиц с поверхностью образцов (900, 600 и 450), что имеет место для технологического использования.

На рисунке 1 представлена схема экспериментальной установки с направляющим каналом для обработки преград потоком высокоскоростных частиц. Сущность экспериментальной установки заключается в следующем: образец 7 помещался в направляющий канал 4. Сверху канала устанавливалось кольцо 5 с частицами порошка 6. Далее располагался заряд ВВ 2 с электродетонатором 1. Между частицами порошка и зарядом ВВ имеется воздушная полость 3. Наличие полости в кольце позволяло снизить пиковое давление, действующее на частицы порошка, и помимо плоского фронта обеспечивало длительное нагружение частиц порошка, в течение которого ему сообщался необходимый ударный импульс прямоугольного профиля. Применение данной установки позволило значительно повысить эффективность использования рабочего порошка за счет наличия канала и дало возможность обработки локальных зон, размер которых определялся диаметром канала, по которому разгонялся порошок, что имеет важное значение для практического применения явления сверхглубокого проникания дискретных частиц при обработке материалов. Однако применение данной схемы установки могло приводить к повреждению поверхности образцов при использовании зарядов ВВ с высокими параметрами детонации.

Рис. 1 Схема экспериментальной установки с направляющим каналом

Рис. 2 Схема экспериментальной установки без направляющего канала

Поэтому была разработана схема без направляющего канала, которая позволяет исследовать режимы сверхглубокого проникания частиц (рис. 2). Схема установки без канала отличается от схемы установки с направляющим каналом тем, что на пластину 6 с помощью опалубки 4 устанавливается кольцо 3 с частицами порошка 7, сверху которого располагался заряд ВВ 2 с электродетонатором 1.

Для разделения эффектов, связанных с взаимодействием ударной волны с образцом и взаимодействием потока частиц с образцом, были проведены опыты: обработка образцов только ударной волной; обработка образцов потоком частиц порошков нитрида титана и вольфрама. Порошок нитрида титана с размером частиц 10 - 70 мкм использовался как основной технологический материал, применяемый в практических целях. Порошок вольфрама с размером частиц 8 - 15 мкм использовался как модельный материал, который удобно сравнивать с результатами, полученными ранее. В качестве зарядов взрывчатых веществ использовались: насыпной гексоген (D~6050 м/с), прессованный тротил (D~6900 м/с) и патронированный аммонит 6ЖВ (D~4400 м/с). Для сопоставимости результатов экспериментов в основном использовался гексоген, который обладает стабильными параметрами детонации.

После взрывной обработки, образцы разрезались по оси направления удара и изготовлялись шлифы. Изучение физико-механических свойств полученных шлифов проводилось при помощи стандартных, взаимодополняющих физико-химических методов и методик: металлографического анализа, рентгеноспектрального микроанализа, растровой электронной микроскопии, методики гидростатического взвешивания, методики измерения твердости и др.

В третьей главе представлены результаты экспериментов по исследованию шлифов, изготовленных из образцов, которые подвергались обработке только ударной волной и высокоскоростным потоком частиц порошков: нитрида титана и вольфрама, разогнанных ударной волной.

С помощью рентгеноспектрального микроанализа, подтверждено проникание частиц в материал преграды, на глубины до тысячи исходных размеров частиц, причем этот эффект наблюдался при использовании схем обработки, с различными углами соударения между нормалью ударной волны и поверхностью образца. Так, например, для образцов стали У8, обработанных частицами нитрида титана, разогнанных до скорости 1800-2200 м/с, с углом соударения потока частиц с поверхностью 600 (рис.1) наблюдались частицы в материале вплоть до расстояния 18 мм от поверхности обработки. При среднем размере частиц нитрида титана ~ 60 мкм глубина проникания превышает исходный размер частиц в 300 раз. В образцах стали У8, которые обрабатывались потоком частиц вольфрама, разогнанных до такой же скорости, что и частицы нитрида титана, с углом соударения между нормалью ударной волны и поверхностью 900 наблюдались частицы вплоть до расстояния 13 мм от поверхности обработки. Таким образом, при среднем размере частиц вольфрама ~ 12 мкм, глубина проникания превышает исходный размер частиц более чем в тысячу раз.

Получены распределения значений твердости по глубине образцов, причем, изменение угла соударения потока частиц между нормалью ударной волны и поверхностью образца дает возможность регулировать распределение твердости по объему образца.

Рис. 3 Распределение микротвердости на глубине 4 мм от поверхности образцов из стали У8, с углом соударения между нормалью ударной волны и поверхностью образца 450, обработанных потоком порошков TiN, W и ударной волной

Использование порошков с разными размерами частиц и образцов, с разным углом соударения между нормалью ударной волны и поверхностью образца, приводит к изменению характера распределения твердости и увеличению твердости на основной глубине упрочнения деталей, которая равна 3-4 мм (рис.3). Расположение образцов осуществлялось таким образом, что высота левого края меньше правого. У образцов, обработанных потоком частиц нитрида титана и вольфрама, с углом соударения между нормалью ударной волны и поверхностью образцов 450 на глубине 4 мм, от поверхности обработки происходит увеличение твердости на 32 % по сравнению с твердостью исходной стали, у образцов, обработанных ударной волной, увеличение твердости лишь на 22 % (рис.3).

Результаты упрочнения у образцов с углом соударения потока частиц на поверхность обработки 450 являются наиболее качественными, по сравнению с образцами с углами соударения потока частиц с поверхностью обработки 900 и 600. Так как распределение твердости более равномерное по всей ширине образца и разница между максимальным и минимальным значениями твердости составляет от 15 до 25 единиц твердости.

На глубине 20 мм у всех образцов наблюдается один и тот же характер распределения значений твердости и средние значения твердости для всех образцов одинаковы, и составляют около 180 HV, как у исходной стали. Таким образом, предполагается, что на твердость материала образца на глубине 20 мм материал частиц порошков нитрида титана и вольфрама не оказывают сильного воздействия, хотя на этой глубине частицы порошков присутствуют. Также в образцах наблюдается уменьшение твердости с удалением от поверхности обработки, наиболее ярко выражено при обработке только ударной волной (рис.3).

Металлографический анализ показал, что проникание высокоскоростных частиц в материал преграды сопровождалось изменением ее структуры в объеме преграды вплоть до глубины 15 мм от поверхности обработки. Микроструктура образцов, обработанных только ударной волной, на данной глубине почти не отличается от микроструктуры исходного образца стали У8.

Микроструктура стали оценивалась с использованием шкалы оценки микроструктуры (перлита) инструментальной нелегированной стали, которая включает 10 эталонов (в баллах) возможных микроструктур стали с разным содержанием зернистого и пластинчатого перлита (по площади) ГОСТ 1435-99. Микроструктура стали у образцов, обработанных частицами нитрида титана на глубине 2 мм (рис. 4,а) по шкале оценки микроструктуры (перлита) оценивается на 4 балла - содержание зернистого перлита от 80% до 100% и наблюдаются микроканалы прохождения частиц. По шкале оценки микроструктуры (перлита) микроструктура стали этих же образцов, но на глубине 15 мм (рис. 4,б) оценивается на 8 баллов - содержание крупнопластинчатого перлита от 10 % до 50 %.

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) Глубина 2 мм б) Глубина 15 мм

Рис. 4 Микроструктура образцов из стали У8 (с углом соударения между нормалью ударной волны и поверхностью образца 450)

Наблюдается уменьшение количества и размеров микроканалов частиц. Взаимодействие потока частиц с образцами приводит к дроблению частиц при ударе, а также оплавлению их поверхностей при движении в объеме образцов, что, вероятно, и приводит к уменьшению количества и размеров следов частиц.

Показано, что у образцов, обработанных частицами порошка вольфрама с большей плотностью, чем у преграды, имеет вид, отличающийся от вида распределения плотности по глубине преграды после обработки частицами нитрида титана с меньшей плотностью, чем у материала преграды. Данные распределения представлены на рис. 5.

Рис. 5 Распределение плотности по глубине образца от поверхности обработки из стали У8 (с углом соударения между нормалью ударной волны и поверхностью образца 450)

Изменение распределения плотности у образцов, обработанных частицами нитрида титана, имеет волнообразный характер с уменьшением “амплитуды волны”, где максимальное значение плотности равно 8,02 г/см3 на глубине 9 мм от поверхности обработки. В образцах, обработанных частицами вольфрама, изменение плотности постепенно увеличивается по глубине образца, и на глубине 15 мм от поверхности обработки имеет максимум равный 7,967 г/см3. В образцах, обработанных только ударной волной, распределение значений плотности, точно такое же, как и у образцов, обработанных частицами нитрида титана, имеет волнообразный характер распределения с уменьшением “амплитуды волны”. На глубине 18 мм от поверхности обработки значения плотности у всех образцов почти равны и в среднем составляют 7,867 г/см3. Такой характер распределения плотностей косвенно подтверждает модель механизма процесса сверхглубокого проникания частиц на основе реализации кавитационного процесса в материале преграды.

Об этом также свидетельствуют рентгеноструктурные исследования. На рис. 6,а приведены характерные треки частиц на продольном срезе образцов, с углом соударения между нормалью ударной волны и поверхностью образца 900, после обработки потоком частиц вольфрама. На рисунке видны прерывистые треки частиц, которые свидетельствуют о не прямолинейности трека проникшей частицы. На рис. 6,б приведена микрофотография полости остановившейся частицы вольфрама. Проникающие частицы попадают в кавитационный трек, образовавшийся за счет высокочастотного взаимодействия других непроникших частиц с поверхностью. Поэтому, процесс вызван взаимодействием частиц с мембранами кавитационных полостей, и гидродинамическая теория о глубине проникания полностью совпадает с расчетной.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 6 Микрофотографии: а) следов частиц W, б) остановившейся частицы W

В четвертой главе рассматриваются ударно-волновые взаимодействия, сопровождающие процесс сверхглубокого проникания частиц, которые разделяются на две группы. К первой относится процесс взаимодействия ударной волны и продуктов детонации с частицами порошка, сопровождающие их разгон и теплообмен между ними в процессе разгона. Ко второй группе относится взаимодействие продуктов детонации с материалом преграды, взаимодействие потока частиц с преградой и взаимодействие отдельной частицы с исследуемым образцом.

Взаимодействие ударной волны и продуктов детонации взрывчатого вещества с частицами порошка сопровождается:

1) Разгоном частиц до скоростей 1000 - 3000 м/с, причем частицы порошка разгонялись зарядами ВВ цилиндрической формы с отношением , что отвечает условию реализации стационарной детонационной волны.

2) Прорывом продуктов детонации через частицы порошка.

3) Разогревом частиц порошка при прохождении фронта ударной волны и при движении в потоке разогретого газа.

К эффектам, наблюдаемым только при сверхглубоком проникании потока дискретных частиц, относится образование каналов-кратеров с относительными диаметрами 102 - 104 размеров ударника, электромагнитное излучение, сопровождающее этот процесс и т.д.

Проведена оценка температуры частиц порошка, участвующих в явлении сверхглубокого проникания частиц. Характерное время изменения температуры частицы вследствие теплообмена с нагретым газом оказывается намного больше времени выравнивания температуры внутри частицы, которое оценивается с помощью соотношения ~ , где R0 ? радиус частицы, а ? коэффициент температуропроводности частицы. Поэтому частица считается равномерно нагретой по всему объему и описывается ее нагрев до температуры плавления Tm уравнением:

...

Страница:


Подобные документы

  • Ускорители заряженных частиц

    Понятие и принцип работы ускорителей, их внутреннее устройство и основные элементы. Ускорение пучков частиц с высокой энергией в электрическом поле как способ их получения. Типы ускорителей и их функциональные особенности. Генератор Ван де Граафа.

    контрольная работа [276,8 K], добавлен 18.09.2015

  • Теория элементарных частиц

    Свойства всех элементарных частиц. Связь протонов и нейтронов в атомных ядрах. Классификация элементарных частиц. Величина разности масс нейтрона и протона. Гравитационные взаимодействия нейтронов. Экспериментальное значение времени жизни мюона.

    реферат [24,3 K], добавлен 20.12.2011

  • Мир элементарных частиц

    Фундаментальные физические взаимодействия. Гравитация. Электромагнетизм. Слабое взаимодействие. Проблема единства физики. Классификация элементарных частиц. Характеристики субатомных частиц. Лептоны. Адроны. Частицы - переносчики взаимодействий.

    дипломная работа [29,1 K], добавлен 05.02.2003

  • Взаимодействие бета-частиц с веществом

    Взаимодействие заряженных частиц и со средой. Детектирование. Определение граничной энергии бета-спектра методом поглощения. Взаимодействие заряженных частиц со средой. Пробег заряженных частиц в веществе. Ядерное взаимодействие. Тормозное излучение.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.02.2008

  • Транспорт активных частиц. Уравнение непрерывности

    Рассмотрение способов определения коэффициентов амбиполярной диффузии. Общая характеристика уравнения непрерывности. Анализ пространственного распределения частиц. Знакомство с особенностями транспортировки нейтральных частиц из объема к поверхности.

    презентация [706,1 K], добавлен 02.10.2013

  • Особенность полупроводниковых детекторов

    Энергетическое разрешение полупроводникового детектора. Механизмы взаимодействия альфа-частиц с веществом. Моделирование прохождения элементарных частиц через вещество с использованием методов Монте–Карло. Потери энергии на фотоядерные взаимодействия.

    курсовая работа [502,5 K], добавлен 07.12.2015

  • Ускорители заряженных частиц

    Ускорители заряженных частиц как устройства, в которых под действием электрических и магнитных полей создаются и управляются пучки высокоэнергетичных заряженных частиц. Общая характеристика высоковольтного генератора Ван-де-Граафа, знакомство с функциями.

    презентация [4,2 M], добавлен 14.03.2016

  • Методы регистрации частиц. Ускорители частиц

    Сцинтилляционный, черенковский детектор частиц. Ионизационная камера, пропорциональный счетчик. Требования к детекторам. Каскадный ускоритель, электростатистический генератор. Ускорение протонов при облучении коротким лазерным импульсом тонкой фольги.

    курсовая работа [4,6 M], добавлен 16.11.2014

  • История развития ускорителей заряженных частиц

    Ускорители заряженных частиц — устройства для получения заряженных частиц больших энергий, один из основных инструментов современной физики. Проектирование и испытание предшественников адронного коллайдера, поиск возможности увеличения мощности систем.

    реферат [685,8 K], добавлен 01.12.2010

  • Изучение кинетики гравитационного осаждения

    Силы, действующие на частицу, осаждающуюся в гравитационном поле. Скорость осаждения твердых частиц под действием силы тяжести в зависимости от диаметра частиц и физических свойств частицы и жидкости. Описание установки, порядок выполнения работ.

    лабораторная работа [275,9 K], добавлен 29.08.2015

  • Динамика движения заряженных частиц в геомагнитном поле

    Динамика частиц, захваченных геомагнитным полем, ее роль в механизме динамики космического изучения в околоземном пространстве. Геометрия радиационных поясов Земли. Ускорение частиц космического излучения. Происхождение галактических космических лучей.

    дипломная работа [1,2 M], добавлен 24.06.2015

  • Влияние размера частиц на восприятие цвета

    Явление рассеяния света. Воздействие частиц вещества на световые волны. Понятие рэлеевского рассеяния и частицы пигмента. Относительный показатель преломления частиц и среды. Увеличение количества отраженного белого света. Исчезновение насыщения цвета.

    презентация [361,6 K], добавлен 26.10.2013

  • Физическое моделирование динамики структурированных частиц

    Создание физической модели деформации материала. Система кластеров структурированных частиц. Описание механики процесса пластической деформации металла при обработке давлением и разрушения материала при гидрорезке на основе кавитации, резонансных явлений.

    статья [794,6 K], добавлен 07.02.2014

  • Теория столкновений

    Изучение процессов рассеяния заряженных и незаряженных частиц как один из основных экспериментальных методов исследования строения атомов, атомных ядер и элементарных частиц. Борновское приближение и формула Резерфорда. Фазовая теория рассеяния.

    курсовая работа [555,8 K], добавлен 03.05.2011

  • Метод Монте-Карло в статистической физике

    Основные свойства стандартного случайного числа. Потенциал парного взаимодействия частиц. Изучение метода Монте-Карло на примере работы алгоритма Метрополиса-Гастингса для идеальной Леннард-Джонсовской жидкости. Радиальная функция распределения частиц.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 27.08.2016

  • Динамика частиц

    Движение несвободной частицы. Силы реакции и динамика частиц. Движение центра масс, закон сохранения импульса системы. Закон сохранения кинетического момента системы. Закон сохранения и превращения механической энергии системы частиц. Теорема Кёнига.

    доклад [32,7 K], добавлен 30.04.2009

  • Единая квантовая теория: матричное моделирование элементарных частиц

    Структуры и свойства материй первого типа. Структуры и свойства материй второго типа (элементарные частицы). Механизмы распада, взаимодействия и рождения элементарных частиц. Аннигиляция и выполнение зарядового запрета.

    реферат [38,4 K], добавлен 20.10.2006

  • Расчет коэффициента ассиметрии при рассеянии релятивистских частиц на кулоновском потенциале

    Исследование электронного пучка, рассеивающегося на мишень. Вычисление коэффициента ассиметрии, функции Шермана и дифференциального сечения при рассеянии релятивистских частиц на кулоновском потенциале. Эксперименты, подтверждающие теорию Мотта.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 23.07.2010

  • Процессы образования и гибели активных частиц плазмы

    Рассмотрение основных особенностей изменения поверхности зонда в химически активных газах. Знакомство с процессами образования и гибели активных частиц плазмы. Анализ кинетического уравнения Больцмана. Общая характеристика гетерогенной рекомбинации.

    презентация [971,2 K], добавлен 02.10.2013

  • Исследование процессов испарения и конденсации жидких капель

    Экологические проблемы и влияние жизнедеятельности человека на атмосферу и гидросферу Земли. Дисперсные системы. Атмосферные аэрозоли, классификация и размер. Характеристика частиц дисперсной фазы. Газокинетические процессы в дисперсной системе.

    дипломная работа [939,8 K], добавлен 12.10.2008

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены