Способ получения композиционных материалов с использованием энергии взрывчатых веществ
Владельцы патента RU 2404035:
Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской Академии наук (ИГиЛ СО РАН) (RU)
Изобретение может быть использовано при обработке материалов энергией взрывчатых веществ (ВВ) для получения композиционных конструкций в виде цилиндров, труб и трубчатых переходных элементов, работающих при повышенных механических нагрузках, температурах, термоциклировании и радиоактивном излучении. Между цилиндрическими полыми заготовками 1 и 2 устанавливают спиральную прослойку 3, свернутую из листа с витками 4. Зазоры 5 между спиральными поверхностями, зазоры 7 между спиральной прослойкой 3 и трубной заготовкой 2 и зазоры 6 между спиральной прослойкой 3 и цилиндрической заготовкой 1 заполняют порошкообразным материалом 11. Сборку надевают на оправку 8 и закрывают верхней и нижней заглушками 9, 12. Вокруг коаксиально располагают цилиндрический заряд ВВ 13, который инициируют детонатором 14. Взрывную обработку осуществляют с компактированием порошкового материала и его соединением со спиральной прослойкой и цилиндрическими заготовками. Полученные композиционные конструкции обладают широким диапазоном физико-механических характеристик и сочетают в себе высокие технико-эксплуатационные свойства, технологичность изготовления и низкую себестоимость. 3 ил.
Изобретение относится к технологии обработки материалов энергией взрывчатых веществ и может быть использовано для получения композиционных материалов в виде цилиндров, труб и трубчатых переходных элементов, работающих при повышенных механических нагрузках, температурах, термоциклировании и радиоактивном излучении.
Известны способы взрывного компактирования порошковых материалов (Крупин А.В., Соловьев В.Я., Попов Г.С. и др. Обработка металлов взрывом. - М.: Металлургия, 1991. - 496 с.), когда, с целью получения композиционных материалов, порошковый материал располагают в зазоре между трубными заготовками или трубной заготовкой и сердечником, снаружи располагают заряд ВВ, и в результате детонации которого получают композиционный материал в виде цилиндра или трубки, состоящей, как правило, из трех слоев: наружного и внутреннего слоя из материала исходных заготовок и промежуточного из скомпактированного взрывом порошка.
Известен способ получения биметаллических труб сваркой взрывом (А.с. №816044 СССР, B23K 20/08), по которому в зазор между свариваемыми трубами помещают промежуточную прослойку, состоящую из колец обоих соединяемых материалов, расположенных поочередно. На поверхности наружной трубы собранной заготовки устанавливают кольцевой заряд ВВ и инициируют его. Недостатком способа является большая трудоемкость изготовления колец, которых необходимо тем больше, чем больше требуется слоев в многослойной конструкции.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения многослойных труб сваркой взрывом (патент №2064386 РФ, B23K 20/08). По данному способу, принятому за прототип, в зазоре между трубными заготовками располагают промежуточную прослойку из свернутого в спираль листа с зазором между витками. Способ предназначен для изготовления многослойных труб из листовых и цилиндрических заготовок, но не предусматривает использование порошкообразных материалов, которые необходимы для расширения диапазона физико-механических свойств получаемых композиционных материалов.
Изобретение, касающееся получения композиционных материалов с использованием энергии взрывчатых веществ, решает следующую задачу: расширение возможностей получения новых материалов, сочетающих в себе высокие технико-эксплуатационные свойства, технологичность изготовления и низкую себестоимость производства.
Результатом изобретения является получение композиционных конструкций и материалов в виде цилиндров, труб и трубных переходных элементов, обладающих рядом новых физико-механических характеристик.
Поставленная задача достигается тем, что в зазоры между витками спиральной прослойки, а также между спиральной прослойкой, внутренней и наружной цилиндрическими полыми заготовками размещают порошкообразный материал, уплотняя его вибрацией на вибростенде. Вокруг наружной цилиндрической заготовки коаксиально располагают заряд ВВ и инициируют последний. В результате взрывной обработки такой сборки происходит компактирование порошкообразного материала между витками спиральной прослойки и его соединение с материалом спиральной прослойки и цилиндрических заготовок.
Заявляемый способ пояснен чертежами и фотоматериалом.
На Фиг.1 показана схема расположения цилиндрических полых заготовок, спиральной прослойки, порошка и заряда ВВ относительно друг друга.
На Фиг.2 показано сечение А-А Фиг.1.
На Фиг.3 приведена фотография композиционного цилиндра, полученного из стальных цилиндрических заготовок, свинцовой спиральной прослойки и смеси порошков карбида вольфрама и меди.
Способ осуществляют (см. Фиг.1, 2) следующим образом. Между коаксиально расположенными цилиндрическими полыми заготовками 1 и 2 устанавливают спиральную прослойку 3, свернутую из листа с витками 4 и зазорами 5 между спиральными поверхностями, с зазором 6 между спиральной прослойкой 3 и внутренней цилиндрической заготовкой 1, и зазором 7 между спиральной прослойкой 3 и наружной цилиндрической заготовкой 2. Сборку надевают на оправку 8, устанавливают нижнюю заглушку 9. В зазоры 5, 6 и 7, величину которых задают фиксаторами 10, получаемыми выдавливанием в материале спиральной прослойки выпуклостей требуемой высоты и необходимого количества, засыпают порошкообразный материал 11. Уплотнив его на вибростенде, сборку закрывают верхней заглушкой 12, имеющей, как и нижняя заглушка 9, кольцеобразную проточку для фиксации спиральной прослойки 3. Вокруг полученной сборки коаксиально располагают цилиндрический заряд ВВ 13 и инициируют последний детонатором 14.
Пример конкретного исполнения.
По описанному способу в КТФ ИГиЛ СО РАН был изготовлен (см. Фиг.3) композиционный цилиндр, состоящий из стальных цилиндрических полых заготовок, свинцовой спиральной прослойки и смеси порошков карбида вольфрама и меди.
На стальную цилиндрическую нижнюю заглушку, имеющую кольцевую проточку по периметру и круговую выемку по центру, вертикально и коаксиально устанавливали стальной цилиндр высотой 80 мм, диаметром 40 мм и наружную стальную полую цилиндрическую заготовку высотой 80 мм, внутренним диаметром 60 мм и толщиной стенки 9 мм. Между ними устанавливали свернутую в спираль свинцовую ленту толщиной 1 мм, в зазорах размещали порошкообразный материал - смесь порошков карбида вольфрама и меди, уплотняя его вибрацией. Сверху полученную сборку закрывали конусной заглушкой, также имеющей кольцевую и круговую проточки. Глубина проточек и выемок на обеих заглушках составляла 2 мм. Вокруг подготовленной таким образом сборки коаксиально располагали цилиндрический заряд ВВ - смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:3 диаметром 180 мм и весом 2,4 кг. Заряд ВВ инициировали электродетонатором сверху из центральной точки. Для обеспечения стабильной и равномерной детонации заряда ВВ под электродетонатор помещали прослойку из гексогена (~50 г). Скорость детонации (Д) составляла 3000 м/с.
В результате происходило обжатие сборки и достигалась поставленная цель - получение требуемого композиционного материала.
Затем подвергшуюся взрывному воздействию сборку обработали механически - удалили обе заглушки, во внутреннем цилиндре высверлили сквозное отверстие, выровняли наружную поверхность.
Полученный композиционный материал (см. Фиг.3) в виде многослойного полого цилиндра с качественным соединением внутренней 1 и наружной 2 цилиндрических заготовок и спиральной прослойки 3 с компактированным порошковым (WC+Cu) материалом 11, имел следующие размеры и параметры:
- внешний диаметр - 71 мм;
- внутренний диаметр - 30 мм;
- высота - 66,5 мм;
- толщина стенки внешнего стального цилиндра - 8 мм;
- толщина стенки внутреннего стального цилиндра - 5 мм;
- количество витков спиральной прослойки - 1,5;
- толщина свинцовой спиральной прослойки - 1 мм;
- толщина порошкового слоя со свинцовой спиральной прослойкой - 7,5 мм.
Полученный композиционный материал предлагается к использованию в качестве основной детали корпуса защитного контейнера рентгеновского и гамма-излучений.
Способ получения композиционного материала с использованием энергии взрывчатых веществ, при котором цилиндрические заготовки располагают коаксиально, в зазоре между ними устанавливают промежуточную прослойку из свернутого в спираль листа с фиксированными зазорами между витками, вокруг полученной сборки коаксиально располагают заряд взрывчатого вещества и осуществляют взрывную обработку, отличающийся тем, что после установки промежуточной прослойки фиксированные зазоры между ее витками, зазор между внутренней стенкой наружной заготовки и промежуточной прослойкой и зазор между наружной стенкой внутренней заготовки и промежуточной прослойкой заполняют порошкообразным материалом, а взрывную обработку осуществляют с компактированием порошкового материала и его соединением со спиральной прослойкой и цилиндрическими заготовками.
