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

• Автор: Петров, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава I. Литературный обзор

1.1. Анализ высокодинамичных процессов, происходящих при воздействие на материалы ударных волн и потоков высокоскоростных дискретных частиц

1.1.1. Уравнения состояния ударно-сжатых монолитных тел

1.1.2. Уравнения состояния ударно-сжатых порошкообразных

1.2. Образование дефектов при деформации ударной волной

1.2.1. Возникновение точечных дефектов

1.2.2. Образование дислокаций

1.2.3. Деформационное двойникование
1.2.4. Сдвиговые (бездиффузионные) превращения
1.2.5. Ударно-волновой нагрев
1.3. Взрывное упрочнение
1.4. Представления об эффекте сверхглубокого проникания потока высокоскоростных частиц
Г лава II. Методика эксперимента
2.1. Характеристика объектов исследования
2.2. Обоснование выбора способа высокоскоростного нагружения металлов
2.3. Определение параметров взрывчатых веществ
2.4. Металлография
2.5. Рентгеноспектральный (растровый) электронный микроанализ
2.6. Методика измерения твердости
2.7. Методика гидростатического взвешивания
2.8. Методика рентгеноструктурного анализа

Глава III. Результаты исследований и их обсуждение.
3.1. Исследование материала преграды с помощью рентгеноспектрального микроанализа
3.2. Особенности изменения твердости материала преграды, после взаимодействия потока высокоскоростных частиц с ней, при различных углах падения
3.3. Структурные эффекты и изменения в материале преграды, вызываемые взаимодействием потока частиц с ней
3.4. Исследование изменения плотности материала преграды после взаимодействия потока частиц
Г лава IV. Исследование процессов ударно-волнового взаимодействия, сопровождающих явление сверхглубокого проникания
4.1. Особенности взаимодействия ударной волны и продуктов детонации с частицами порошка
4.2. Особенности взаимодействия продуктов детонации и потока частиц с материалом преграды
4.3. Оценка температуры частиц порошка, участвующих в явлении сверхглубокого проникания
4.4. Оценка давлений, возникающих в материале преграды, при взаимодействии с ней продуктов детонации и потока частиц
Основные выводы
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Упрочнение металлических материалов с использованием энергии взрыва получает все большее распространение. В настоящее время в литературе накоплена обширная теоретическая и экспериментальная информация по структуре и свойствам металлов и сплавов после ударно-волнового воздействия. Такое воздействие может оказываться взрывом газовых смесей или конденсированными взрывчатыми веществами (ВВ). В последнем случае воздействие может быть нескольких видов: накладным зарядом ВВ с непосредственным контактом с поверхностью и через прокладки; без или с использованием порошков металлов и тугоплавких, высокотвердых соединений.
Ударное воздействие разогнанных взрывом отдельных макроскопических частиц на твердую преграду изучено достаточно полно. Как правило, объяснение такого взаимодействия проводится в рамках гидродинамической теории, в которой преграда рассматривается как несжимаемая жидкость. Глубина проникания частицы по гидродинамической теории, не превышает 2 — 4 ее диаметра, что хорошо согласуется с экспериментом. В 70-х годах 20 века при исследовании взаимодействия с преградой разогнанного энергией взрыва, до скоростей (1000 - 3000) м/с потока высокоскоростных дискретных частиц, размерами (8 — 100) мкм, было обнаружено явление сверхглубокого проникания отдельных частиц на глубины более 1000 их диаметров, что весьма трудно объяснить с позиции гидродинамической теории. Существует несколько гипотез о физической природе данного явления. До настоящего времени не сложилось единой точки зрения на механизм данного процесса, потому как имеющиеся литературные данные по этому вопросу носят весьма противоречивый характер.
В настоящее время экспериментально установлено, что количество проникших при взрыве частиц зависит от концентрации потока частиц, воздействующих на обрабатываемый образец, и скорости потока частиц при
чески разрешенные области локально возбужденного состояния с сильным статистическим смещением атомов из узлов решетки (так называемое атом-вакансионное состояние [34]). Характерной особенностью этого состояния является чрезвычайно высокая подвижность атомов, о чем свидетельствует аномально высокая скорость массопереноса (на (8-15) порядков больше, чем при обычной диффузии). Движущиеся впереди частиц ударные волны переводят в разупорядоченное состояние все новые объемы металлической матрицы. Металл позади частиц обтекает их и заполняет каналы, что приводит к схлопыванию каналов. Этому способствует также релаксация упругодефор-мированной зоны и большой объем разупорядоченного металла, образовавшегося из того же количества кристаллического. Таким образом, частицы движутся в чрезвычайно подвижной среде с разупорядоченной атомной структурой, которая оказывает очень малое сопротивление их движению, а охлопывающиеся за частицами каналы, как бы подталкивают их. Разупорядоченное (или аморфное) состояние металлической матрицы вблизи стенок каналов фиксируется после снятия нагрузки вследствие малого времени процесса (10'7 - 10'8) с, а также в результате хорошего теплоотвода из этих зон в объем металлической матрицы [35].
Ударные волны, распространяясь от частиц в объем металла, вызывают сильную пластическую деформацию вдоль всей траектории их движения и в местах остановки. При взрывном воздействии пластическая деформация имеет свои особенности, состоящие в резком увеличении числа источников дислокаций и систем скольжения, возрастании скорости движения дислокаций, развитом неконсервативном движении дислокаций со ступеньками, приводящем к увеличению числа точечных дефектов [13]. Взаимодействие дислокаций с высокой скоростью вызывает динамические всплески напряжений. В результате уменьшения деформации вдоль каналов и вблизи частиц образуются сложно деформированные структуры, соответствующие широкому диапазону степени пластической деформации.