CC BY
73
УДК 621.7.044.2
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1235-1237
УДАРНО-ВОЛНОВОЕ КОМПАКТИРОВАНИЕ ПОРОШКА АЛЮМИНИЯ
© Е.В. Петров, И.В. Сайков, А.С. Щукин
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, e-mail.ru: petrow-ewgeni@mail.ru
Исследовано ударно-волновое компактирование порошка алюминия. Данный метод является уникальным, т. к. позволяет в прессуемую массу порошка за короткий промежуток времени ввести большое количество энергии. Ударно-волновое компактирование позволяет при правильном выборе режима обработки получить беспористый однородный компакт с плотностью до 98 % от металлического алюминия. Ключевые слова: ударная волновое компактирование; порошок алюминия.
Для получения беспористых компактов из металлических порошков применяют интенсивное ударно-волновое воздействие, при котором консолидация происходит за времена порядка нескольких микросекунд при высокой степени пластической деформации контактных областей. Уникальность метода взрывного компактирования заключается в том, что в прессуемую массу порошка за короткий промежуток времени вводится большое количество энергии [1]. При этом для получения равномерного компакта с заданными свойствами и сохранения исходной структуры при отработке режимов ударно-волнового прессования порошков необходимо обеспечить однородность нагружения по длине ампулы и исключить возможность разрушения ампулы [2]. Кроме того, ударно-волновое компактиро-вание, являясь высокоэнергетическим процессом, может сопровождаться качественным изменением свойств материала: упрочнением, фазовыми превращениями.
Ударно-волновое обжатие цилиндрической ампулы по осесимметричной схеме нагружения контактным зарядом взрывчатого вещества (ВВ) позволяет достигать скорости 103 м/с и значительных давлений в зависимости от типа используемых ВВ [3]. При этом возможны фазовые и химические превращения вблизи полос локализации деформации, возникающих в стенке цилиндрической ампулы и передающихся в слой порошка [4-5].
Целью настоящей работы является исследование алюминиевого компакта после ударно-волнового прессования.
Схема ударно-волнового компактирования, представленная на рис. 1, была следующей: в цилиндрическую стальную ампулу (4) диаметром 16 мм и высотой 100 мм, с одной стороны закрытой фланцем (6), засыпался порошок алюминия (5) размером от 25 до 50 мкм. Затем ампула устанавливалась на вибростол, и порошок подвергался предварительной подпрессовке. Далее ампула закрывалась крышкой-обтекателем (3). К фланцу ампулы прикреплялся откольный элемент (7), предназначенный для уменьшения влияния разгрузки ударной волны. В качества ВВ использовался аммонит
/ - детонатор 2 - ВВ ) - крышка
4 - ампула
5 - порошок
6 - фланец
7 - откольный
элемент
Рис. 1. Схема ударно-волнового компактирования цилиндрической ампулы
6ЖВ (2). Выбор режима ударно-волнового компактирования проводился на основании работы [2].
После инициирования электродетонатора происходила детонация ВВ со скоростью 3,3 км/с [6], в результате которой образовывалась концентрически сходящаяся в ампуле ударная волна сжатия. Распространение детонационной волны обеспечивало всестороннее равномерное обжатие ампулы с прессуемым порошком.
После ударно-волнового обжатия визуально-измерительный контроль показал сохранность герметичности ампулы. Во всех экспериментах произошло обжатие ампулы до диаметра 14 мм. Остаточная температура ампулы через 5 мин. после ударно-волнового обжатия составила не более 60 °С. Плотность спрессованного порошка алюминия была равна 2,65 г/см3, что составляет 98 % от плотности металла алюминия.
При исследовании методом электронной микроскопии излома поперечного сечения компакта алюминия, представленного на рис. 2, наблюдается однородность микроструктуры по всему объему исследуемого образца. Прессование ударно-волновой обработкой активизирует поверхность порошка, ускоряет прохождение
ISSN 1810-0198. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки
диффузионных процессов и способствует образованию прочных связей между частицами.
На рис. 3 представлена микроструктура продольного шлифа скомпактированного порошка алюминия, которая подтверждает, что компакт представляет собой беспористый материал.
Проведено рентгеноструктурное исследование исходного порошка алюминия (рис. 4) и компакта алюминия после ударно-волновой обработки (рис. 5). Из рисунков видно, что интенсивность пиков алюминия после обработки уменьшается в среднем в 2,6 раза по сравнению с исходным алюминием, а полуширина в среднем в 1,3 раза увеличивается. Рентгеноструктурное исследование не выявило фазовых превращений. Это говорит о том, что полученный компакт алюминия сохранил исходную структуру.
Таким образом, ударно-волновое компактирование порошка алюминия, при правильном выборе режима обработки, позволяет получить беспористый однородный компакт с плотностью до 98 % от металлического алюминия.
Рис. 2. Фотография микроструктуры излома поперечного сечения компакта алюминия
Рис. 4. Дифрактограмма исходного порошка алюминия
.шфршшим-Рис. 5. Дифрактограмма компакта алюминия
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Первухин Л.Б., Алымов М.И., Сайков И.В., Капустин Р.Д., Первухина О.Л., Петров Е.В. Компактирование взрывом керамических порошков // Письма о материалах. 2015. Т. 5. № 1. С. 57-60.
2. Первухина О.Л. Ударно-волновое прессование порошков многокомпонентного состава // Известия ВолГТУ. Серия Сварка взрывом и свойства сварных соединений. 2006. № 9. С. 70-74.
3. Рогозин В.Д. Взрывная обработка материалов. Волгоград: ВолГТУ, 2002. 136 с.
4. Meyers M.A., Batsanov S.S., Gavrilkin S.M., Chen H.C., LaSalvia J.C., Marquis F.D.S. Effect of shock pressure and plastic strain on chemical reactions in Nb-Si and Mo-Si systems // Materials Science Engineering: A. 1995. V. 201. № 1. P. 150-158.
5. Nesterenko V.F., Meyers M.A., Chen N.C., LasSalvia J.C. The structure of controlled shear bands in dynamically deformed reactive mixtures // Metallurgical and materials transactions A. 1995. V. 26A. P. 25112519.
6. Конон Ю.А., Первухин Л.Б., Чудновский А.Д. Сварка взрывом. М.: Машиностроение, 1987. 216 с.
БЛАГОДАРНОСТИ: Исследование выполнено при финансовой поддержке Программы Президиума РАН № 1.31. «Фундаментальные основы технологий двойного назначения в интересах национальной безопасности. Фундаментальные исследования процессов горения и взрыва. Актуальные проблемы робототехники».
Рис. 3. Фотография микроструктуры продольного шлифа компакта алюминия
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 621.7.044.2
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1235-1237
SHOCK-WAVE COMPACTION OF ALUMINUM POWDER
© E.V. Petrov, I.V. Saykov, A.S. Shchukin
Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation,
e-mail: petrow-ewgeni@mail.ru
Investigated the shock-wave compaction aluminum powder. This method is unique because it allows a pressed mass of the powder in a short period of time to introduce a large amount of energy. Shock-wave compaction allows the correct choice of treatment regime to obtain a homogeneous non-porous compact with a density of up to 98 % of the aluminum metal. Key words: shock-wave compaction; aluminum powder.
REFERENCES
1. Pervukhin L.B., Alymov M.I., Saykov I.V., Kapustin R.D., Pervukhina O.L., Petrov E.V. Kompaktirovanie vzryvom keramicheskikh poroshkov. Pis'ma o materialakh — Letters on Materials, 2015,vol. 5, no. 1, pp. 57-60.
2. Pervukhina O.L. Udarno-volnovoe pressovanie poroshkov mnogokomponentnogo sostava. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Svarka vzryvom i svoystva svarnykh soedineniy — Izvestia VSTU, 2006, no. 9, pp. 70-74.
3. Rogozin V.D. Vzryvnaya obrabotka materialov. Volgograd, Volgograd State Technical University Publ., 2002. 136 p.
4. Meyers M.A., Batsanov S.S., Gavrilkin S.M., Chen H.C., LaSalvia J.C., Marquis F.D.S. Effect of shock pressure and plastic strain on chemical reactions in Nb-Si and Mo-Si systems. Materials Science Engineering: A., 1995, vol. 201, no. 1, pp. 150-158.
5. Nesterenko V.F., Meyers M.A., Chen N.C., LasSalvia J.C. The structure of controlled shear bands in dynamically deformed reactive mixtures. Metallurgical and materials transactions A., 1995, vol. 26A, pp. 2511-2519.
6. Konon Yu.A., Pervukhin L.B., Chudnovskiy A.D. Svarka vzryvom. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1987. 216 p.
Received 10 April 2016
Петров Евгений Владимирович, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: petrow-ewgeni@mail.ru
Petrov Evgeniy Vladimirovich, Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Candidate of Technics, Senior Research Worker, e-mail.ru: petrow-ewgeni@mail.ru
Сайков Иван Владимирович, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: revan.84@mail.ru
Saykov Ivan Vladimirovich, Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Candidate of Technics, Senior Research Worker, e-mail.ru: revan.84@mail.ru
Щукин Александр Сергеевич, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, научный сотрудник, e-mail: shchukin@ism.ac.ru
Shchukin Aleksander Sergeevich, Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Research Worker, e-mail.ru: shchukin@ism.ac.ru.
