RU2654225C1 - Способ взрывного компактирования порошковых материалов - Google Patents
Способ взрывного компактирования порошковых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654225C1 RU2654225C1 RU2017119053A RU2017119053A RU2654225C1 RU 2654225 C1 RU2654225 C1 RU 2654225C1 RU 2017119053 A RU2017119053 A RU 2017119053A RU 2017119053 A RU2017119053 A RU 2017119053A RU 2654225 C1 RU2654225 C1 RU 2654225C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosive
- container
- powder
- detonating cord
- axisymmetric
- Prior art date
Links
- 239000002360 explosive Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 title abstract 3
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 16
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 7
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/08—Compacting only by explosive forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам взрывного прессования осесимметричных изделий из порошков. Порошковый материал помещают в осесимметричный контейнер с заглушками на его концах, на боковую поверхность контейнера наматывают детонирующий шнур. Контейнер размещают во взрывной камере, содержащей воздух при атмосферном давлении, и осуществляют взрывное компактирование детонационной волной, распространяющейся по спирали вокруг контейнера путем инициирования детонирующего шнура в его одном конце. Обеспечивается повышение прочности и однородности структуры получаемого изделия. 3 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения монолитных прочных изделий путем воздействия динамического импульса на порошковые материалы.
Известно, что ударное сжатие порошков (взрывное компактирование) приводит к реализации в них высоких динамических давлений и высоких температур, что позволяет достичь высокие плотности изделий с сохранением исходной фазовой структуры [1].
Известен способ прессования порошковых материалов взрывом [2]. Принцип способа заключается в том, что прессуемый порошок помещают в две металлические ампулы, между которыми размещен демпфирующий наполнитель с акустической проводимостью меньшей, чем у порошкового материала. Ампулы с наполнителем образуют контейнер, который размещен в плоском заряде взрывчатого вещества с детонатором.
Недостатком данного способа является то, что процесс прессования характеризуется таким резким спадом нагрузки до нуля. Вследствие этого в материале изделия происходит резкая разгрузка, результатом чего является образование микротрещин в материале готового изделия.
Известен способ получения компактного и прочного вещества [3], в котором порошок помещают в прочные металлические ампулы сохранения. В корпусе ампул генерируют ударные волны детонацией заряда взрывчатого вещества, находящегося в контакте с корпусом ампулы, или ударом о стенки ампулы лейнера, разгоняемого продуктами взрыва до больших скоростей. Под воздействием высоких динамических давлений и температур осуществляется компактирование исходного порошка.
Недостатком данного способа является невысокий конечный размер изделий (несколько миллиметров).
Известен способ взрывного прессования осесимметричных заготовок из порошка [4]. Обрабатываемый порошок помещают в контейнер, концы контейнера закрывают заглушками и помещают в метаемую коническую оболочку со слоем взрывчатого вещества. После инициирования заряда метаемая оболочка, поворачиваясь на определенный угол, подлетает к контейнеру, плоско соударяясь с ним. После обработки изделие извлекают из оболочки.
Недостатком данного способа является невозможность получения заготовок с равномерной микротвердостью по всему объему заготовки.
Известен способ компактирования порошкового материала [5]. Этот способ включает сжатие порошкового материала, помещенного в контейнер, скользящей детонационной волной, которая возбуждается одноточечным инициированием слоя взрывчатого вещества (слой взрывчатого вещества размещен на наружной поверхности контейнера сферической формы). При этом слой взрывчатого вещества выполнен одинаковой или разной толщины в радиальном направлении.
Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является способ взрывного компактирования порошковых материалов [6], включающий взрывное сжатие порошкового материала, помешенного в осесимметричный контейнер с заглушками на его концах, детонационной волной, возбуждаемой инициированием детонирующего шнура из взрывчатого материала, плотно намотанного на боковую поверхность контейнера. Контейнер с взрывчатым веществом и металлическим порошком помещают в относительно большой объем жидкости, а детонирующий шнур инициируют одновременно в разных его точках.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа взрывного компактирования порошковых материалов с повышенными размерами, прочностью и однородностью структуры (отсутствием трещин).
Для достижения указанного технического результата предложен способ взрывного компактирования порошковых материалов, включающий взрывное сжатие порошкового материала, помещенного в осесимметричный контейнер с заглушками на его концах, детонационной волной, возбуждаемой инициированием детонирующего шнура из взрывчатого материала, плотно намотанного на боковую поверхность контейнера. Равномерное последовательное сжатие компактируемого порошка обеспечивают детонационной волной, распространяющейся по спирали вокруг контейнера, размещенного во взрывной камере с воздухом при атмосферном давлении, путем инициирования детонирующего шнура в одном его конце.
Полученный положительный эффект (повышение размеров, прочности и однородности структуры компактируемого изделия) обусловлен следующими факторами.
1. Использование детонирующего шнура позволяет исключить образование кумулятивного эффекта за счет равномерного давления продуктов детонации на контейнер. В заявляемом изобретении инициирование детонации шнура осуществляется в одном его конце (в отличие от [6]). Это обеспечивает за счет распространения детонационной волны по спирали вокруг контейнера более равномерное обжатие компактируемого порошка с образованием однородной структуры компакта без внутренних дефектов. Это подтверждено анализом микроструктуры материала после взрывного компактирования.
2. В заявляемом изобретении компактирование проводят во взрывной камере, наполненной воздухом при атмосферном давлении. Недостатком использования водяной оболочки при проведении взрывного компактирования является высокий уровень давления ρ на фронте ударной волны в жидкости. В соответствии с формулой Р. Коула [7]
Для расчета приведенного расстояния используется формула [7]
где R - расстояние от центра взрыва, м; G - масса взрывчатого вещества, кг. Для условий взрывного компактирования, приведенных в [6], расчет по формуле (1) показывает, что давление на фронте ударной волны в жидкости ρ ~ 600 кгс/см2.
В соответствии с оценками [7], параметры ударной волны в жидкости по своим значениям близки к параметрам ударной волны в насыпном грунте (песке). Следовательно, давление на фронте ударной волны в компактируемом порошке можно считать ~ 600 кгс/см2.
Избыточное давление на фронте ударной волны в воздухе определяется по формуле М.А. Садовского [7]
где Δρ - избыточное давление на фронте ударной волны, кгс/см2.
Расчеты по формуле (2) для параметров, приведенных в [6], дают значения Δρ ~ 2 кгс/см2.
Таким образом, в водяной оболочке создается давление на фронте ударной волны, превышающее давление в воздушной среде на 2-3 порядка. При использовании зарядов большей массы давление в жидкости может достигать нескольких тысяч атмосфер [7].
Поскольку в [6] взрывное компактирование порошков осуществляется в контейнере, помещенном в сосуд с жидкостью, то при реализации этого способа необходимо обеспечить достаточно прочные стенки сосуда. Кроме того, технология взрывного компактирования в водной среде более сложна, так как требует обеспечения водонепроницаемости элементов установки, а также наличия систем слива жидкости и заполнения сосуда жидкостью.
Пример реализации
Пример реализации способа приведен на Фиг. 1. Для реализации предложенного способа взрывного компактирования порошковых материалов был изготовлен контейнер, представляющий собой алюминиевую трубку 1 длиной 400 мм, диаметром 10 мм (толщина стенки составляла 1 мм), закрытую с обеих сторон стальными заглушками 2. В трубку засыпалась предварительно подготовленная шихта 3 из порошков алюминия марки АСД-6 и порошка оксида алюминия (полученного по технологии электровзрыва проводника). Выбор материалов шихты обусловлен тем, что при использовании сформированного компакта в качестве лигатуры при алюминиевом литье, частицы оксида алюминия выступают в качестве центров кристаллизации, что способствует измельчению зерна и, как следствие, повышению предела прочности алюминиевого сплава. Соотношение исходных порошков в смеси составляло 90 мас.% алюминия и 10 мас.% оксида алюминия. Подготовленный контейнер с порошком плотно закрывался заглушками 2 на его концах. Контейнер обматывали детонационным шнуром 4 марки ДШН-6 с максимальной плотностью витков. Подготовленный образец помещали в специальную взрывную камеру 5. Инициирование детонации осуществляли в одном конце детонирующего шнура 4 с помощью капсюля 6.
Общий вид контейнера до (а) и после (b) взрывного компактирования приведен на Фиг. 2. Несмотря на изменение геометрии алюминиевой трубки после взрывного компактирования, она сохраняет свою целостность. На Фиг. 3 приведен снимок микроструктуры материала после взрывного компактирования порошковой шихты. Установлено, что плотность сформированного компакта составила 2.68 г/см3. Внутренних дефектов в структуре компактов не наблюдалось. Средний размер зерна составил 5 мкм. Прочность при сжатии составила 400 МПа.
Таким образом, приведенный пример реализации показывает, что заявляемый способ позволяет получить технический результат изобретения, а именно, плотные материалы с повышенными размерами, прочностью и однородностью структуры путем взрывного компактирования порошков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Прюммер Р. Обработка порошкообразных материалов взрывом. М.: Мир, 1990. - 128 с.
2. Патент РФ №1385392, МПК B22F 3/08. Способ прессования порошковых материалов взрывом / С.А. Першин, В.Ф. Нестеренко; опубл. 30.12.1994 г.
3. Рябинин Ю.Н. Сублимация кристаллической решетки под действием сильной ударной волны // ДАН СССР, 1956. Т. 109. - С. 289-291.
4. Патент РФ №1496115, МПК B22F 3/08, В30В 15/02. Устройство для взрывного прессования осесимметричных заготовок из порошка / В.М. Оголихин, А.А. Штерцер; опубл. 15.12.1994 г.
5. Патент РФ №2224621, МПК B22F 3/08. Способ компактирования порошкового материала / О.Б. Дреннов, А.И. Давыдов, А.Л. Михайлов, Е.В. Зотов; опубл. 27.02.2004 г.
6. US 3022544 A, IPC B22F 3/08. Explosive compaction of powders / David L. Coursen, George A. Noddin, James I. Reilly; 27.02.1962.
7. Ловля C.A., Каплан Б.Л., Майоров В.В. и др. Взрывное дело. - М.: Недра, 1966. - 272 с.
Claims (1)
- Способ взрывного компактирования порошковых материалов, включающий взрывное сжатие порошкового материала, помещенного в осесимметричный контейнер с заглушками на его концах, детонационной волной, возбуждаемой инициированием детонирующего шнура из взрывчатого материала, плотно намотанного на боковую поверхность контейнера, отличающийся тем, что обеспечивают равномерное последовательное сжатие компактируемого порошка детонационной волной, распространяющейся по спирали вокруг контейнера, размещенного во взрывной камере с воздухом при атмосферном давлении, путем инициирования детонирующего шнура в одном его конце.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017119053A RU2654225C1 (ru) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Способ взрывного компактирования порошковых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017119053A RU2654225C1 (ru) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Способ взрывного компактирования порошковых материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2654225C1 true RU2654225C1 (ru) | 2018-05-17 |
Family
ID=62152815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017119053A RU2654225C1 (ru) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Способ взрывного компактирования порошковых материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2654225C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3022544A (en) * | 1958-02-06 | 1962-02-27 | Du Pont | Explosive compaction of powders |
US3112166A (en) * | 1960-03-10 | 1963-11-26 | Ici Ltd | Formation of hollow bodies from powdered materials |
JPS63243205A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-11 | Takashi Chiba | 粉末圧搾体の製造方法 |
WO1993024216A1 (en) * | 1992-05-26 | 1993-12-09 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Explosive shocking of materials |
SU1385392A1 (ru) * | 1986-04-04 | 1994-12-30 | Специальное Конструкторское Бюро Гидроимпульсной Техники Со Ан Ссср | Способ прессования порошковых материалов взрывом |
RU2224621C2 (ru) * | 2001-10-31 | 2004-02-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Способ компактирования порошкового материала |
-
2017
- 2017-05-31 RU RU2017119053A patent/RU2654225C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3022544A (en) * | 1958-02-06 | 1962-02-27 | Du Pont | Explosive compaction of powders |
US3112166A (en) * | 1960-03-10 | 1963-11-26 | Ici Ltd | Formation of hollow bodies from powdered materials |
SU1385392A1 (ru) * | 1986-04-04 | 1994-12-30 | Специальное Конструкторское Бюро Гидроимпульсной Техники Со Ан Ссср | Способ прессования порошковых материалов взрывом |
JPS63243205A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-11 | Takashi Chiba | 粉末圧搾体の製造方法 |
WO1993024216A1 (en) * | 1992-05-26 | 1993-12-09 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Explosive shocking of materials |
RU2224621C2 (ru) * | 2001-10-31 | 2004-02-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Способ компактирования порошкового материала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nesterenko et al. | Shear localization in high-strain-rate deformation of granular alumina | |
Clyens et al. | The dynamic compaction of powdered materials | |
Ferreira et al. | Dynamic compaction of titanium aluminides by explosively generated shock waves: Experimental and materials systems | |
Daniels et al. | Bam bam: Large scale unitary demolition warheads | |
RU2654225C1 (ru) | Способ взрывного компактирования порошковых материалов | |
US3022544A (en) | Explosive compaction of powders | |
RU2452593C1 (ru) | Способ получения металлополимерного нанокомпозиционного материала путем взрывного прессования | |
RU2497581C1 (ru) | Устройство для взрывного обжатия материалов | |
RU2119398C1 (ru) | Способ взрывного разрезания твердых материалов и устройство для его осуществления | |
RU2619550C1 (ru) | Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава | |
US3081498A (en) | Explosive method of powder compaction | |
Lennon et al. | Explosive compaction of metal powders | |
JPS63243205A (ja) | 粉末圧搾体の製造方法 | |
US3084398A (en) | Compaction process | |
RU2224621C2 (ru) | Способ компактирования порошкового материала | |
Peng et al. | Explosive consolidation of rapidly solidified aluminum alloy powders | |
JPS5922648A (ja) | 凝縮系物質の衝撃圧縮方法及び装置 | |
RU2685311C1 (ru) | Способ получения слоистого металлополимерного нанокомпозиционного материала путем взрывного прессования | |
Trzciński et al. | Detonation and blast wave characteristics of nitromethane mixed with particles of an aluminium–magnesium alloy | |
Jacobs et al. | The shock-to-detonation transition in solid explosives | |
CN113137894A (zh) | 含能复合药型罩切割器结构 | |
US4014979A (en) | Method of producing wurtzite-like boron nitride | |
Mali et al. | Structure and properties of explosively compacted Copper–Molybdenum | |
RU2627862C2 (ru) | Способ формирования разрывного заряда | |
Komissarov et al. | Characteristics of the underwater explosion of a nonideally detonating aluminum-rich energetic material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190606 Effective date: 20190606 |
|
QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190606 Effective date: 20210405 |